Почему вакуум не делает металл скользким
Даже отполированная деталь под микроскопом похожа не на гладкое зеркало, а на горный рельеф: на ней есть выступы и впадины. Когда две поверхности соприкасаются, нагрузку несут лишь отдельные вершины. При движении они деформируются, цепляются друг за друга и иногда срезаются — так возникают трение и износ.
Что происходит между соприкасающимися поверхностями
На очень малых расстояниях начинают заметно действовать электромагнитные силы между атомами. В одних местах они притягивают поверхности, в других не дают атомам сблизиться слишком сильно. Чтобы сдвинуть детали, нужно преодолеть эти взаимодействия и механически «переправить» выступы через неровности друг друга. Часть затраченной энергии превращается в тепло.
Воздух для этого процесса не обязателен: трение возникает при контакте твёрдых тел. Более того, в некоторых условиях вакуум способен осложнить работу механизма. На воздухе поверхности нередко покрыты тонкими слоями воды, кислорода или других веществ. Такие слои могут разделять металл и влиять на трение; после их удаления чистые поверхности некоторых металлов легче сцепляются и могут даже прихватиться друг к другу. Это называют холодной сваркой.
Как механизмы работают в космосе
Поэтому детали для вакуума проектируют с учётом не только отсутствия воздуха, но и поведения самих материалов. Инженеры выбирают пары материалов и покрытия, которые меньше склонны к схватыванию, а там, где нужно, используют смазку, способную работать без испарения или разложения в вакууме. Смазка образует разделительный слой и уменьшает прямой контакт между вершинами микронеровностей.
Иными словами, вакуум убирает газовую среду, но не отменяет контакт и силы между атомами. Колесо или шарнир в космосе всё ещё может нагреваться и изнашиваться — просто бороться приходится с трением поверхностей, а не с сопротивлением воздуха.
