Физики обнаружили сходство у стали и масла – в частности, эти две субстанции показали схожее поведение при царапании. Статья ученых появилась в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводит Physical Review Focus.

До недавнего времени предполагалось, что появление царапин на поверхности твердых материалов (как, например, сталь) связано с деформированием верхнего слоя, как если бы слой был эластичным наподобие пластилина. Если бы это было так, то сила, требуемая для создания царапины росла бы пропорционально площади поперечного материала, «отодвигаемого» в стороны царапающим инструментом. В январе 2011 года физики продемонстрировали, что утверждение о пропорциональности не выполняется для таких материалов, как, например, песчаник.

В рамках нового исследования ученые проверяли теорию, что в формировании царапин значительную роль играют микротрещины (типичный пример схемы разрушения с трещинами – замороженное масло, которое при движении по нему ножа откалывается пластинами). В этом случае сила, необходимая для создания царапины, пропорциональна ширине царапающего лезвия.

Используя разные по твердости материалы (от воска и до известняка и стали), а также прямоугольные лезвия шириной от 2,5 до 25 миллиметров, ученые установили, что модель с возникновением трещин лучше остальных описывает экспериментальные данные.

По словам ученых, новая теория возникновения царапин позволит создать эффективную шкалу, характеризующую твердость конкретного материала на микронном и субмикронном уровне. В настоящее время именно на таких масштабах эффективные методы оценки соответствующей твердости отсутствуют.

Результаты исследований представлены в статьях:

1. Ange-Therese Akonoa and Franz-Josef Ulm Scratch test model for the determination of fracture toughness. – Engineering Fracture Mechanics. – Volume 78, Issue 2, January 2011, Pages 334–342; doi:10.1016/j.engfracmech.2010.09.017.
2. A-T. Akono, P. M. Reis and F-J. Ulm Scratching as a Fracture Process: From Butter to Steel. – Phys. Rev. Lett. 106, 204302 (2011) [4 pages].