Исследователи из Университета Ватерлоо совершили то, что раньше считалось невозможным — заставили шар катиться по абсолютно вертикальной поверхности без приложения внешней силы.
Спонтанное движение качения, зафиксированное высокоскоростными камерами, стало неожиданным наблюдением после месяцев проб, ошибок и теоретических расчётов двух исследовательских групп из Ватерлоо.
«Когда мы впервые увидели, как это происходит, мы были, честно говоря, в недоумении», — сказал доктор Сушанта Митра, профессор машиностроения и мехатроники, исполнительный директор Института нанотехнологий Ватерлоо.
«Мы всё перепроверили, потому что это казалось противоречащим здравому смыслу. В лаборатории царило волнение, когда мы подтвердили, что это не случайность и что это действительно вертикальное качение».
Открытие стало возможным благодаря правильному балансу эластичности, или мягкости, между сферой размером с горошину и вертикальной поверхностью размером примерно с экран мобильного телефона, которая использовалась в экспериментах.
Если бы сферы были слишком мягкими, они прилипали к поверхности или скользили по ней. Если бы они были слишком жёсткими, то падали бы прямо вниз под действием силы тяжести.
Но когда исследователи нашли правильную комбинацию эластичности — со сферой, по консистенции примерно как у жевательного мишки, и поверхностью, похожей на губчатый коврик для мыши, — сфера медленно катилась вниз со скоростью примерно один миллиметр каждые две секунды.
«Ключевым моментом является то, что при качении сфера немного меняет форму в точке контакта, — сказал Митра. — Передний край действует как застёжка-молния, а задний — как её открытие. Эта асимметрия создаёт достаточно крутящего момента, или сцепления, чтобы поддерживать качение, не прилипая и не падая полностью».
Журнал Soft Matter, в котором [опубликована статья](https://xlink.rsc.org/?DOI=D4SM01490A) «Спонтанное качение мягкой сферы по вертикальной мягкой подложке», в резюме отметил, что открытие «ставит под сомнение наше базовое понимание физики».
С практической точки зрения, по словам Митры, это открытие может быть использовано при разработке мягких роботов для осмотра труб, исследования пещерных систем или помощи в производстве более совершенного оборудования для миссий на Марс или других целей космических исследований.
«Это открывает совершенно новый взгляд на движение по вертикальным поверхностям, — сказал Митра. — В настоящее время роботы и транспортные средства ограничены горизонтальными или слегка наклонными поверхностями. Это открытие может изменить ситуацию».
Предоставлено [Университетом Ватерлоо](https://phys.org/partners/university-of-waterloo/).
sphere and a vertical slide about the size of a cellphone screen that was used in experiments.”,”If the spheres were too soft, they stuck to the surface or slid down it. If they were too rigid, the spheres fell straight down through the force of gravity.”,”But when researchers hit on just the right combination of elasticity—with a sphere the approximate consistency of a gummy bear and a surface that would feel like a spongy mouse pad—the sphere slowly rolled down at a rate of about one millimeter every two seconds.”,”\”The key is that as it rolls, the sphere slightly changes shape at the contact point,\” Mitra said. \”The front edge acts as a closing zipper, while the back edge acts like opening it. This asymmetry creates just enough torque, or grip, to maintain rolling without either sticking or completely falling off.\””,”The journal Soft Matter, which published the paper, \”Spontaneous rolling of a soft sphere on a vertical soft substrate,\” said in a summary that the discovery \”challenges our basic understanding of physics.\””,”In practical terms, Mitra said, the finding could be used in the development of soft robots to inspect pipes, explore cave systems, or assist in the manufacturing of better equipment for missions to Mars or other space exploration endeavors.”,”\”This opens up a whole new way of thinking about movement on vertical surfaces,\” said Mitra. \”Currently, robots and vehicles are limited to horizontal or slightly inclined surfaces. This discovery could change that.\””,”\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tUniversity of Waterloo\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t”,”\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Other Physics Topics\n\t\t\t\t\t\t “]’>Источник