Revolucionarno Otkriće: Kretanje Loptice po Vertikalnoj Površini
Istraživački tim fizičara s Univerziteta Waterloo postigao je izvanredan uspjeh: uspjeli su natjerati lopticu da se kotrlja uzduž vertikalne površine bez ikakvog vanjskog napora – što se nekad smatralo nemogućim. U svojem najnovijem radu, tim objašnjava ovaj fenomen: “Na savršeno vertikalnim površinama, kotrljanje se tradicionalno smatra nemogućim bez vanjskog momenta. Iako razne vrste poput gekona i pauka pokazuju vertikalno kretanje, ne mogu postići kotrljanje; umjesto toga, padaju.”
Kako Funkcionira Ova Fenomenalna Koncept?
Prema teorijskim osnovama fizike, kada se tvrda staklena lopta mase m lagano ispusti na nagnutu površinu istog krutog materijala, lopta će slobodno kotrljati niz padinu zbog gravitacije, za bilo koji kut nagiba između 0° i 90°. No što se događa kada je nagib 90°, tj. kada je površina savršeno vertikalna? Intuitivni odgovor bi bio da će lopta slobodno padati bez kontakta s površinom, osim ako nije prethodno imala početno kotrljanje.
Na nagnutim površinama manjih od 90 stupnjeva, površina pruža trenje koje može pokrenuti loptu uz pomoć gravitacije. Međutim, na glatkoj vertikalnoj površini, normalna sila na kontaktnoj točki između lopte i te površine – ili sila koja gura protiv lopte – iznosi nula, što rezultira nedostatkom trenja potrebnog za kotrljanje.
Postizanje “Nemogućeg” Fenomena
Tim je, nakon mjeseci teorijskih proračuna i malo pokušaja i pogrešaka, uspio postići ovo “nemoguće” postignuće, pronalazeći savršenu ravnotežu između elastičnosti i mekoće lopte i površine. “Kada smo prvi put vidjeli ovo kako se događa, bili smo iskreno u nevjerici,” izjavio je dr. Sushanta Mitra, profesor mehaničkog i mehatroničkog inženjerstva i izvršni direktor Waterloo instituta za nanotehnologiju. “Sve smo provjeravali jer se činilo da prkosi zdravom razumu.”
Kao što se i očekivalo, kada je lopta bila previše tvrda, jednostavno bi padala, a ako je bila previše ljepljiva, pričvrstila bi se. Ipak, kada je lopta bila otprilike elastična kao gumeni medvjed, a površina otprilike mekana poput podloge za miš, loptica veličine graška kotrljala se niz vertikalnu površinu brzinom od otprilike 1 milimetra svake dvije sekunde.
“Ključ je u tome da se dok se kotrlja, lopta malo mijenja oblik na kontaktnoj točki,” dodao je Mitra. “Prednji rub djeluje poput zatvarača, dok stražnji rub djeluje poput njegova otvaranja. Ova asimetrija stvara dovoljno momenta, ili hvatanja, kako bi se održalo kotrljanje bez lijepljenja ili potpuno pada.”
Što To Znači za Budućnost?
Prema timu, rezultati ovog istraživanja “izazivaju tradicionalno razumijevanje interakcija na vertikalnim površinama i otvaraju nove puteve za istraživanje sustava mekih kontakata,” uz to što su vizualno fascinantni. Iako trenutne primjene možda neće biti jasne – ne očekujte uskoro kuglanje sa nebodera – ova istraživanja mogu se primijeniti u razvoju mekih robota koji bi mogli, primjerice, kliziti niz cijevi ili istraživati špiljske sustave, ili čak biti korišteni u misijama na Mars.
“To otvara potpuno novi način razmišljanja o kretanju na vertikalnim površinama,” dodao je Mitra. “Trenutno su roboti i vozila ograničeni na horizontalne ili blago nagnute površine. Ovo otkriće moglo bi to promijeniti.”
Zaključak
Ovo revolucionarno otkriće važan je korak prema novim mogućnostima u kretanju i interakciji na vertikalnim površinama. Istraživanje objavljeno u “Soft Matter” možda će otvoriti vrata inovacijama koje će oblikovati našu budućnost tehnologije.
