마찰과 신호등이 공통적으로 가지고 있는 것

붐비는 횡단보도에 서 있는 자신을 상상해 보세요. 빨간불이 켜지면 모두가 기다립니다. 한 사람이 건너기 시작할 때까지요. 곧 다른 사람들도 따라 건너고, 결국 모두가 군중을 따라 건너갑니다. 암스테르담의 물리학자들은 두 개의 접촉면이 미끄러지기 시작하는 미세한 수준에서도 매우 유사한 과정이 일어난다는 것을 발견했습니다. 그들의 연구 결과는 이번 주 Physical Review Letters 에 게재되었습니다.

량펭, 티보 로크, 다니엘 본, 바트 베버는 실험에서 매끄러운 실리콘 표면을 거친 표면에 대었습니다.

암스테르담 대학과 나노리소그래피 고급 연구 센터의 연구진은 두 표면을 누르는 강도가 달라질 때 마찰이 어떻게 작용하는지 조사했습니다.

한쪽을 더 세게 누르면 두 표면이 서로 미끄러지는 것이 더 어려워집니까?

그리고 중요한 점은, 왜 그럴까요?

이유를 이해하다

마찰의 양은 매우 흥미로운 기본 과정에 따라 달라진다는 것이 밝혀졌습니다.

힘이 약하게 가해지면 단 하나의 작은 접촉점(소위 '거칠기')만이 하중을 견디게 되며 미끄러지기 전에 세게 밀어야 합니다.

그러나 계면에 수직인 힘이 커질수록 많은 돌기가 접촉하게 됩니다.

연구팀은 이런 상황에서 몇몇 돌기가 미끄러지기 시작하면 다른 돌기들도 따라 움직인다는 것을 발견했습니다. 마치 처음으로 대담하게 나타난 보행자가 군중에게 건너라고 재촉하는 것과 같습니다.

결과적으로, 어쩌면 직관에 반하는 일일지도 모르지만, 표면은 더 쉽게 미끄러지기 시작하고, 운동에 대한 상대적 저항(소위 정적 마찰 계수) 이 감소합니다.

연구진은 실험을 뒷받침하는 간단한 수학적 모델을 사용하여, 돌기의 군중과 같은 행동이 왜 높은 하중에서 정적 마찰이 약해지는지 설명할 수 있었습니다.

반도체부터 지진까지

이 결과는 소규모 및 대규모 분야에 적용될 수 있습니다. 반도체 산업에서 소규모로 전자 장치를 제작할 때는 종종 곡면을 평평한 테이블에 고정해야 합니다.

그 결과 미끄러짐과 미끄러짐이 없는 경계에 바로 위치한 인터페이스가 탄생합니다.

새로운 연구에 따르면, 미끄러짐의 시작은 접촉 규모에 따라 영향을 받는데, 이는 다양한 재료를 사용하여 장치를 정확하게 제작할 때 알아두는 것이 중요합니다.

더 큰 규모에서 지진은 지각의 여러 부분 사이에서 미끄러짐이 시작될 때 발생합니다. 이러한 미끄러짐이 어떻게 시작되고, 계면이 커질 때 어떤 영향이 중요해지는지 이해하면 지진 발생 원리를 이해하고 향후 지진을 예측하는 데 도움이 될 수 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250430142732.htm