Казалось невозможным: ученые заставили шарик катиться вертикально без приложения силы

Исследователи из Университета Ватерлоо достигли того, что казалось невозможным — они заставили сферу катиться по абсолютно вертикальной поверхности без приложения внешней силы. Это самопроизвольное качение, зафиксированное высокоскоростными камерами, стало неожиданным результатом после месяцев проб, ошибок и теоретических расчетов двух научных групп Ватерлоо.

«Когда мы впервые увидели это, мы, честно говоря, не поверили своим глазам. Мы перепроверили все, потому что это казалось противоречащим здравому смыслу. В лаборатории царило волнение, когда мы подтвердили, что это не случайность, а реальное вертикальное качение», — рассказал профессор кафедры машиностроения и мехатроники Сушанта Митра. Прорыв стал возможным благодаря точному балансу упругости (или мягкости) между сферой размером с горошину и вертикальной поверхностью размером с экран смартфона, использованной в экспериментах. Если шарики были слишком мягкими, они прилипали к поверхности или скользили вниз; если они были слишком жесткими, то просто падали под действием силы тяжести. Но когда исследователи нашли идеальное сочетание упругости — сферу с консистенцией, приближенной к мармеладному мишке, и поверхностью, напоминающей мягкий коврик для мыши — сфера медленно катилась вниз со скоростью около одного миллиметра каждые две секунды. «Фишка в том, что при качении сфера немного деформируется в точке контакта. Передний край действует как застегивающаяся молния, а задний — как расстегивающаяся. Эта асимметрия создает достаточный крутящий момент, или сцепление, чтобы поддерживать качение без прилипания или падения», — объяснил Митра. Журнал Soft Matter, опубликовавший исследование «Самопроизвольное качение мягкой сферы по вертикальной мягкой поверхности», отметил в аннотации, что это открытие «бросает вызов нашим базовым представлениям о физике». С практической точки зрения, по словам Митры, это открытие может быть использовано для разработки мягких роботов, способных инспектировать трубы, исследовать пещерные системы или помогать в создании более совершенного оборудования для миссий на Марс и других космических исследований. «Это открывает совершенно новый взгляд на перемещение по вертикальным поверхностям. Сейчас роботы и транспортные средства ограничены горизонтальными или немного наклонными поверхностями. Это открытие может изменить ситуацию», — заключил профессор.