Les atomes se glissent les uns contre les autres, finissant par rester dans diverses combinaisons. Les plaques tectoniques font de même, glissant les unes sur les autres jusqu'à ce qu'elles collent dans un état stationnaire. Tout, des plus petites particules aux grandes masses terres insondables, possède cette caractéristique fondamentale et cette caractéristique de glissement, mais ce n'est que maintenant que les scientifiques commencent à comprendre la mécanique de la friction qui sous-tend cette propriété.
« Le mouvement intermittent dans les systèmes coulissants est appelé stick-slip car les deux surfaces en contact semblent répéter les états de bâton et de glissement. Cependant, plusieurs mesures précises ont montré que le glissement extrêmement lent se produit même dans des états de doctorat apparemment avant chaque transition de bâton à glissement » interrupteur déroutant.
« Ce phénomène étrange, appelé paradoxe de frottement statique, est resté un problème non résolu pendant des décennies. »
Le problème auquel le modèle aide à répondre est que pour expliquer ces glissements lents, d'autres chercheurs ont atteint des lois sur la friction artificielle ou des explications qui comprenaient des paramètres spécifiques mais fictifs comme les variables d'état. Le nouveau modèle – qui a été développé par Watanabe et le co-auteur Ken Nakano, professeur à la Faculté des sciences de l'environnement et de l'information de l'Université nationale de Yokohama, et a été publié dans Revue physique E Le 18 juin – offre une solution simplifiée, sans compter sur les lois sur la friction artificielle.
« Le modèle mécanique simple que nous proposons ici, un modèle de jouets viscoélastique, fournit un nouveau scénario pour expliquer le paradoxe de frottement statique dans l'instabilité du glissement de bâton sans lois sur la friction artificielle », a déclaré Nakano, expliquant que l'équipe a validé leur modèle théoriquement. « Bien que l'on ait tendance à penser que les phénomènes de frottement sont compliqués en général, leur essence pourrait être beaucoup plus simple, comme le montre le présent modèle. »
La viscoélasticité décrit comment un matériau peut réagir comme un liquide ou un solide à différentes contraintes et déformations. Un exemple classique de matériau viscoélastique est le mastic idiot. Laissé seul, il sera conforme à la surface sur laquelle elle repose, comme un liquide visqueux. Rapidement tiré dans deux directions, cependant, il résiste à l'étirement, puis se casse, comme un solide élastique.
Il existe plusieurs modèles différents décrivant la viscoélasticité, ont déclaré les chercheurs, mais ils se sont tournés vers la version la plus simple, appelée Kelvin-Voigt Viscoelastic Foundation. L'idée est qu'un matériau Kelvin-Voigt ne semble avoir que des propriétés élastiques à long terme mais résiste aux changements rapides. À ce modèle, les chercheurs ont ajouté une sonde rigide qui se déplace verticalement et oscille horizontalement.
Le système coulissant n'utilise pas de friction statique, ont déclaré les chercheurs, mais crée plutôt deux états de glissement: lent à glissement lent et à glissement rapide.
« Ce modèle de jouet fournit une explication purement mécanique pour le paradoxe de frottement statique », a déclaré Watanabe, notant que la sonde rigide se soulève verticalement pour contrôler ce que l'on appelle une croissance progressive de glissement lent ou un mouvement de fluage lent. Le glissement lent augmente progressivement de vitesse car il renforce la contrainte de la friction. « Pendant la croissance de la vitesse de glissement, plus l'échelle de temps change brusquement, plus la transition de glissement lente à casser se produit. »
Ensuite, les chercheurs ont déclaré qu'ils prévoyaient d'explorer davantage leur modèle et d'étudier comment le phénomène de glissement lent pourrait fournir des indices pointant vers les tremblements de terre. « Notre objectif ultime est de comprendre les phénomènes de frottement compliqués aussi intuitivement que possible et de fournir des critères pour prédire et contrôler divers systèmes liés à la friction, des échelles atomiques à géologiques », a déclaré Nakano.
