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News: Reibung macht die Welle

Die Reibung ermöglicht uns zu laufen, mit dem Auto zu fahren oder zu schreiben. Doch obwohl schon vor über dreihundert Jahren Wissenschaftler den Effekt systematisch untersuchten, so ist doch bis heute weitgehend ungeklärt, wie sich Reibung im mikroskopischen Maßstab zeigt. Nun schlagen Wissenschaftler vor, dass bei dem Prozess wellenförmige Einkerbungen an der Grenzfläche entstehen, die sich während der Bewegung im Material fortpflanzen - ähnlich einem Teppich, der über den Boden geschoben wird.
Einige physikalische Phänomene sind ganz alltäglich und doch nicht wirklich verstanden. Die Reibung ist so ein Beispiel. Jeder nutzt sie, um sich fortzubewegen – und doch ist das Bild, das wir von dem Prozess haben, nicht viel weiter entwickelt als dasjenige, das vor rund dreihundert Jahren Guillaume Amontons und Charles Augustin de Coulomb aufstellten. Schon damals erkannten die Gelehrten, dass die minimale Kraft, die aufzuwenden ist, um einen Gegenstand über eine Oberfläche zu schieben, proportional zur Kraft ist, mit der das Objekt auf die Unterlage drückt. Die Größe der Kontaktfläche zwischen zwei Materialien spielt indes keine Rolle. Es ist also einerlei, ob man eine Flasche Wasser senkrecht stehend oder liegend über den Tisch zieht. Die Haftreibung ist in beiden Fällen gleich. Es ist vielmehr entscheidend, ob die Flasche voll oder leer ist – denn die Gewichtskraft beeinflusst die Reibung.

Einige Forscher vermuten, dass dieses paradox anmutende Verhalten durch Schmutz zu erklären ist, der sich immer zwischen zwei Oberflächen befindet. Diese Verunreinigungen ordnen sich während der Bewegung immer neu und bewirken so die Reibung. Ein ganz andere Idee präsentieren nun Eric Gerde und Michael Marder von der University of Texas in Austin: Sie vermuten, dass das Material an der Grenzfläche Wellen schlägt und darauf gleitet. Ganz Ähnliches lässt sich beispielsweise beobachten, wenn man einen Teppich über den Boden schiebt: Er wirft Falten. Und so wie diese Falten bei einem Teppich wandern, so sollen sich auch die mikroskopischen Verwerfungen an der Grenzschicht bewegen. Das Material "heilt" also aus, nachdem die Störung eine Stelle passiert hat.

Die Wissenschaftler konnten tatsächlich ein solches Verhalten in ihrem Computermodell nachweisen. So ließen sich die Beobachtungen von Amontons und Coulomb bestätigen, dass die aufzubringende Kraft nicht von der Kontaktfläche abhängt, sondern allein von der Kraft, mit welcher der Körper auf die Unterlage drückt. Vermutlich spielen derartige selbstheilenden Störungen auch bei Erdbeben eine große Rolle und überhaupt überall dort, wo zwei Oberflächen gegeneinander verschoben werden. Sie würden jedenfalls erklären, warum bei manchen Beben so wenig Energie in Form von Wärme frei wird. Nun muss sich das neue Modell auch im Experiment bewähren – immerhin einige Hinweise auf derartige Störungen gab es bereits bei Versuchen, mit denen man Erdbeben simulierte.

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