Sticky: ศาสตร์แห่งความลับของพื้นผิว
Laurie Winkless Bloomsbury Sigma (2021)
อะไรเชื่อมโยงเท้าของตุ๊กแก แผ่นเปลือกโลก การม้วนตัวของกีฬาฤดูหนาว และยานอวกาศกลับคืนสู่ชั้นบรรยากาศ สำหรับนักเขียนฟิสิกส์และวิทยาศาสตร์ Laurie Winkless คำตอบคือ: การเสียดสี หนังสือ Sticky ที่ผสมผสานซึ่งบางครั้งก็ไม่อยู่กับร่องกับรอยของเธอได้สัมผัสกับสิ่งเหล่านี้ทั้งหมดและอื่น ๆ อีกมากมายในขณะที่เธอสำรวจพลังที่รู้สึกถึงผลกระทบในทุกช่วงเวลาของชีวิตของเรา แต่ดื้อรั้นต่อต้านความพยายามในการอธิบายเชิงทฤษฎี
การศึกษาแรงเสียดทานเป็นธุรกิจขนาดใหญ่ สามารถประหยัดเงินได้หลายพันล้านดอลลาร์และการปล่อยคาร์บอนหลายพันล้านตัน หากนักวิจัยและวิศวกรสามารถทำให้เรือบรรทุกสินค้าตัดผ่านน้ำได้ง่ายขึ้น หรือลดความต้านทานการหมุนของยางรถยนต์ ทำให้มีประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงมากขึ้น ทว่าการวิจัยตามที่ Winkless นำเสนอนั้นส่วนใหญ่เป็นธุรกิจของการลองผิดลองถูก เอฟเฟกต์ที่ทำให้สิ่งต่าง ๆ เร็วขึ้น ช้าลง ติดอยู่กับที่หรือเคลื่อนไหวอย่างราบรื่นเกิดขึ้นจากชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวซึ่งมักจะเป็นตัวอักษรหลายสิบชิ้นตั้งแต่มาตราส่วนมหภาคไปจนถึงอะตอม ด้วยเหตุนี้ การแยกเอฟเฟกต์เดี่ยวๆ ออกมาต่างหากจึงเป็นฝันร้าย นับประสาการวัดผล ปัจจุบันยังไม่มีวิธีทำนายค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของระบบจากหลักการแรก ซึ่งเป็นการวัดว่าต้องใช้แรงเท่าใดในการเลื่อนพื้นผิวหนึ่งไปยังอีกพื้นผิวหนึ่ง
ตั้งแต่ช้อนจนถึงสารกึ่งตัวนำ — เราคือสิ่งที่เราทำคำพูดจากรายงานปี 2018 (ดู go.nature.com/3eybjk4) “ไม่มีรัฐบาลใดจะพยายามลดพวกเขา” และหากบริษัทต่างๆ ไม่ได้ถูกบังคับให้ปฏิบัติตามกฎระเบียบ จะไม่มีใครใช้เงินเพื่อค้นหาวิธีแก้ไขปัญหาที่เหนียวแน่นที่สุดของพวกเขาทั้งหมด
ด้วยวิธีนี้ เศษของเรื่องราวจะพูดถึงภาพที่สำคัญ เช่น การลากหลายสิบแบบที่ส่งผลต่อค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของระบบ
สิ่งนี้นำไปสู่การทดลองที่ผสมผสานกันอย่างมีเสน่ห์ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์พยายามประมาณสภาพในโลกแห่งความเป็นจริงให้ใกล้เคียงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยมีระดับความสำเร็จไม่มากก็น้อย ในการทดสอบหนึ่งครั้งเพื่อสำรวจคุณสมบัติลดแรงต้านของชุดว่ายน้ำที่ได้รับแรงบันดาลใจจากผิวหนังของฉลาม นักว่ายน้ำต้องกดไม้ตีกับไม้พายวัดแรงขณะคลานด้านหน้า โดยขาของพวกมันผูกติดกัน ในอีกทางหนึ่ง เพื่อตรวจสอบคุณสมบัติตามหลักอากาศพลศาสตร์ของลูกกอล์ฟ โพรเจกไทล์ถูกวางไว้ในอุโมงค์ลมที่มีกระจกด้านหน้าและควันก็พัดผ่าน
ความรู้สึกของกางเกงก็ใช้ได้กับหนังสือเช่นกัน
เนื่องจากบทจะกระเด้งจากเรื่องหนึ่งไปยังอีกเรื่องหนึ่ง แผ่นดินไหวที่นิวซีแลนด์ เหตุลื่นล้ม! ลวดลายต่างๆ ของการเย็บบนลูกเบสบอลและลูกคริกเก็ตส่งผลต่อการหมุนของลูกเบสบอลอย่างไร! ทำไมมนุษย์ถึงมีลายนิ้วมือ! การเทน้ำบนทรายอาจช่วยชาวอียิปต์โบราณย้ายหินขนาดมหึมาได้สักเพียงไร! Winkless มักจะทิ้ง Titbit ที่น่าสนใจ แต่ไม่สามารถขยายได้ ซึ่งทำให้ฉันต้องพบกับรูกระต่ายของการวิจัยทางอินเทอร์เน็ต (หนามแหลมบนผิวหนังของฉลามที่ทำจากวัสดุชนิดเดียวกับฟันจริง ๆ หรือไม่? เห็นได้ชัดว่าต้องขอบคุณวิวัฒนาการที่ดีบางอย่าง) . เธอสนับสนุนให้มีการสอบสวนโดยอิสระนี้ โดยเสนอคำแนะนำมากมายสำหรับสิ่งต่างๆ ให้กับ Google และวิดีโอออนไลน์เพื่อดู แต่อาการหอบเหนื่อยทำให้มันไม่น่าพอใจ
Sticky มีส่วนร่วมมากที่สุดเมื่อ Winkless แกะไบโอมิเมติกส์ ในสาขาวิชาวัสดุศาสตร์และการออกแบบนี้ นักวิจัยพยายามทำความเข้าใจและจำลองผลกระทบที่เห็นในธรรมชาติ ในการพูดคุยถึงวิธีที่ตุ๊กแกเกาะติดกับพื้นผิวที่บางโดยไม่ต้องใช้กาว เธอขุดลงไปทีละชั้นๆ ตั้งแต่สันเขาที่เท้าของกิ้งก่าไปจนถึงเส้นขนเล็กๆ ที่ปกคลุมพวกมัน โครงสร้างนาโนที่ปลายเส้นขนและระดับอะตอม แรงที่กระทำระหว่างโครงสร้างเหล่านั้นกับโมเลกุลของพื้นผิว ในทำนองเดียวกัน การสำรวจเศษส่วนเผยให้เห็นว่าใบของเฟิร์น Salvinia ยังคงแห้งแม้หลังจากแช่ในน้ำเป็นเวลาหลายสัปดาห์ ขนเล็กๆ ที่ปัดแล้วไล่น้ำ แต่ปลายผมแต่ละเส้นที่ไม่เป็นขี้ผึ้งจะดึงดูดเส้นผม “แผ่นแปะที่ชอบน้ำขนาดเล็กเหล่านี้ตรึงน้ำไว้กับที่โดยดักอากาศไว้ข้างใต้” เธอเขียน
การเดินทางผ่านเหล้าองุ่น น้ำลาย และน้ำมัน
ผลที่ตามมาของความซับซ้อนที่น่าเหลือเชื่อเหล่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้ การทำงานกับวิธีที่ตัวรับสัมผัสปลายนิ้วของมนุษย์ลงทะเบียนพื้นผิวของพื้นผิวอาจนำไปสู่การแสดงอักษรเบรลล์แบบรีเฟรชได้สำหรับผู้ใช้คอมพิวเตอร์ที่ตาบอดและมองเห็นบางส่วน และเรือที่เคลือบด้วยสีที่เลียนแบบ “ความสมดุลระหว่างแรงผลักที่ไม่ชอบน้ำและแรงดึงดูดที่ชอบน้ำ” ของ Winkless เล่าว่าสามารถเดินทางในทะเลได้โดยไม่เปียกน้ำหรือที่สำคัญต้องอยู่ภายใต้แรงลากของน้ำ นั่นอาจเป็นประโยชน์อย่างมากในการลดการปล่อยมลพิษ
หัวข้อนี้และหัวข้ออื่นๆ ที่ต้องการเงินทุนมากกว่านี้เป็นแนวทางที่ดีที่สุดในการบรรยายที่ครอบคลุม ในแต่ละปี เราเรียนรู้ว่ามากกว่าหนึ่งในห้าของการใช้พลังงานทั่วโลกทั้งหมดต้องก้าวข้ามผ่านความเสียดทานในรูปแบบต่างๆ ในภาคการขนส่งเพียงอย่างเดียว ใช้พลังงาน 30% เพื่อต่อสู้กับแรงเสียดทาน ตัวอย่างเช่น เพื่อรักษาโมเมนตัมของยางกับแรงที่กระทำโดยพื้นผิวถนน Winkless กล่าวถึงงานวิจัยหลายด้านที่สามารถจัดการกับการปล่อยคาร์บอนได้ แต่เธอชี้ให้เห็นว่า “เช่นเดียวกับการสนทนามากมายเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ สิ่งกีดขวางอาจเป็นการเป็นเจ้าของ มากกว่าการขาดวิธีแก้ปัญหาทางเทคนิค”
ด้วยการดำเนินงานทั่วโลก อุตสาหกรรมที่ก่อมลพิษ เช่น การขนส่งและการขนส่งทางบกอยู่เหนือกฎระเบียบระดับประเทศ และยิ่งปัญหาใหญ่มากเท่าใด ก็ยิ่งดูเหมือนว่ามองข้ามไปได้ง่ายขึ้นเท่านั้น “หากไม่มีประเทศใดรับผิดชอบการปล่อยมลพิษ” Winkless
