פיזיקאים מהאוניברסיטה העברית גיבשו הבנה חדשה על תהליך החיכוך הגורם לרעידות אדמה

המחקר הראה ששחרור כוחות החיכוך מתחיל בגל הנע במהירות הקול והמשנה את פני השטח בכל נקודה שבה עבר. בעקבות מעבר הגל, האנרגיה העצומה שנבלמה על ידי כוחות החיכוך מתחילה להשתחרר

פרופ' ג'יי פיינברג. האוני' העברית
פרופ' ג'יי פיינברג. האוני' העברית

תופעת החיכוך קיימת כמעט בכל פעולה שאנו עושים בחיי היומיום – כשאנו מעבירים את ידינו על גבי שולחן, פותחים דלת שציריה חורקים, כשאנו בולמים את רכב וכאשר אנו מפעילים מנועים. מעל הכל, תופעת החיכוך רלוונטית במיוחד להסבר התרחשותן של רעידות אדמה. למרות מרכזיות התופעה בחיינו, העקרונות הבסיסיים של תהליכי החיכוך היו עד כה בגדר תעלומה. מחקר חדש שנערך ע"י פיזיקאים באוניברסיטה העברית ושהתפרסם לאחרונה בכתב העת Nature, מציע הסבר חדש על תהליך החיכוך ולו השלכות על ההבנה בסיסית של רעידות אדמה ואף על האפשרות לחזות אותן בעתיד. דיון על המחקר אף התפרסם החודש בכתב העתPhysics Nature.

המחקר בוצע ע"י פרופ' ג'יי פינברג ותלמידי המחקר עודד בן-דוד ושמואל רובינשטיין ממכון רקח לפיזיקה באוניברסיטה העברית. החוקרים מצאו כי החיכוך מתחיל במעין גל החולף על פני המשטח שמפריד בין שני הגופים המתחככים. "יצרנו במעבדה מעין רעידות אדמה מיניאטוריות אשר אפשרו לנו להבין את התהליך" מסביר פרופ' פינברג.

רעידות אדמה מתרחשות כתוצאה מתנועת חיכוך בין לוחות הטקטוניים המהווים את קליפת כדור הארץ. הרעידה מתרחשת כאשר הכוחות המניעים את הלוחות מתגברים על כוחות החיכוך המקבעים את הלוחות זה לזה. המחקר הראה ששחרור כוחות החיכוך מתחיל בגל הנע במהירות הקול והמשנה את פני השטח בכל נקודה שבה עבר. בעקבות מעבר הגל, האנרגיה העצומה שנבלמה על ידי כוחות החיכוך מתחילה להשתחרר. תנועת האדמה הנגרמת משחרור זה הינה רעידות האדמה שאנו מרגישים. נוסף לכך, המחקר תאר לראשונה איך כל נקודת מגע מרפה את "אחיזתה" בסדרה מורכבת של אירועים העקבות מעבר הגל. התהליך מאופיין ע"י ארבעה שלבים: שלב התנתקות הקשר, שלב הקרע האלים, שלב חידוש הקשר ושלב חיזוקו מחדש.

"למרות שתנועת החיכוך נתפסת לרוב כתנועה על פני משטח חלק, בפועל תמיד קיים חספוס מיקרוסקופי במשטח המגע, ונקודות המגע האמיתיות מעטות מאוד. אופי התנהגותן של נקודות אלו הוא האחראי על תנועת החיכוך" מסביר פרופ' פינברג. במחקרם מצאו החוקרים כי לנקודות מגע אלו יש "חיים משל עצמן" המכתיבים את התפתחותו של תהליך החיכוך.

המחקר עשוי לתרום להבנת תחום רחב של תופעות חיכוך מעשה ידי אדם ושל תופעות טבע כמו רעידות אדמה. "למרות שהחיכוך משחק תפקיד חשוב במגוון תחומים בחיינו, מפתיע שתהליכים מרכזיים הקשורים לתנועת החיכוך לא פוענחו עד כה", אומר פרופ' פינברג. "המחקר הנוכחי מהווה צעד חשוב להבנת הנושא. בטבע, רעידות אדמה מתחילות את חייהן בעומק הנע בין 10 ל-100 ק"מ מתחת לפני השטח. במחקר התאפשר לנו לראשונה לצפות בתהליכים המולידים רעידת אדמה בזמן שהם מתרחשים במסגרת הניסוי במעבדה. כולי תקווה כי הבנה בסיסית של תהליכים אלו, תאפשר לנו בעתיד לחזות רעידות אדמה ואולי אף למנוע חלקית את הנזק הרב שהן מחוללות".

באותו נושא באתר הידען

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

13 תגובות

  1. עוד נושא שעדיין לא הצלחתי להבין הוא מהו הכח הצידי אשר
    מפריד, מנגח או מניע לוחות טקטוניים ?

  2. מניסיוני האישי ברעידת האדמה בלוס אנג'לס 1994 (6.7 ריכטר בעומק
    17 ק"מ) ומהאפטר-שוקס שבאו אחריה – לא היתה להם מהירות אחידה.
    גרתי בערך 7 קילומטר מה"אפי-סנטר" והרעידה הראשונה אכן
    הגלים (מעלה מטה) באו במהירות עצומה, אבל האפטר-שוקס אחריה באו
    בפירוש במהירויות שונות.

    אני זוכר בבירור מקרה אחד בו עמדתי בתור לתחנת דלק (הייתי מחוץ
    לאוטו) ופתאום הגיע אפטר-שוק בסביבות ה 5 ריכטר. זה היה כמו לעמוד
    על חסקה מעל גלים של 15 ס"מ שנעו בסביבות 30 קמ"ש (על פי אומדני
    הסובייקטיבי), אך בפירוש לא במהירות הקול.

    לא ברור לי אם ככל שמתרחקים מהמרכז האם הגלים מאיטים או שתדירותם
    יורדת או שניהם.

    נושא נוסף שלא ברור לי הוא איך קורות רעידות אדמה במרכזם של הלוחות
    הטקטוניים, הרי אין שם מפגש / תפר אז איך הן נוצרות ?

  3. אהוד:
    קראתי והבנתי את מה שכתוב כאן ולדעתי לא כתוב מספיק.
    נראה לי שמה שכתוב כאן היה ברובו מובן מאליו

  4. תרגיל מחשבתי היפוטטי
    הכוחות הגזירה הפועלים בין הלוחות הטקטוניים הולכים ומתחזקים עם הזמן ואולם,כפי שמוסבר בכתבה, פועלים כוחות חיכוך בין הלוחות,המונעים תזוזה יחסית של הלוחות. כל זאת עד לרגע שכוחות הגזירה גוברים על אחיזת החיכוך. אז מתרחש גל הלם בעצמה חזקה, גל ההלם גורם להחלשת כוחות החיכוך בין הלוחות ומתחילה סדרת תזוזות קרקע . הרעיון שאני מעלה כאן הוא לשחרר את האנרגיה הנאגרת בין הלוחות, ע"י פיצוצים תת קרקעיים לאורך קוו החיבור בין הלוחות. פיצוצים אלה יגרמו לרעידת אדמה חלשה בשלב מקדים בהרבה לפני התרחשות רעידת האדמה ה"טבעית".
    נכון, זה כנראה לא כל כך פשוט וגם יקר אבל…. כך גם נזקי רעידות האדמה.

  5. מי*כאל

    המחקר המתואר בא לענות על מספר שאלות, אחת מהן היא כיצד יודע כל הגוף שעליו לנוע כאשר מופעל כח בצידו האחד של הגוף. לכאורה היינו מצפים כי התחלת התנועה תהייה הדרגתית אבל היא מתרחשת כמעט בו זמנית. החידוש במחקר הוא הסבר לתופעה . המחקר מראה כי לתנועת הגוף קודם גל מקדים (הנע במהירות הקול). הגל המקדים משחרר את הגוף, קרי הורס את נקודות החיבור בין הגוף למשטח ובכך מאפשר לכח להניע את הגוף כמקשה אחת. עיקר האנרגיה משתחררת אחר כך דבר המתרחש באופן דומה ברעידות אדמה. אם איני טועה התופעה (גל מקדים) הייתה ידועה לגבי רעידות אדמה אבל המחקר הנדון קישר תופעה ידועה זו לחיכוך. גדולתו של המחקר שהוא מקשר בין מספר תחומים שנחשבו עד כה לבלתי תלויים: חיכוך, התקדמות סדקים ורעידות אדמה.

  6. יוחאי:
    גם אני יכול לעשות ספקולציות אבל אני מצפה ממאמר שיחסוך ממני את הספקולציות ויציג לי את תוצאות המחקר באופן שאינו משתמע לשתי פנים או יותר ומפריד באופן נכון בין מה שהיה ידוע לפני המחקר לבין מה שהמחקר עצמו גילה.

  7. מכאל
    כפי הנראה המדובר בשיתוף הפעולה המתואם המתפשט לכל נקודות החכוך.
    ותהליך המעבר מחיכוך סטאטי לדינאמי וחזרה.

  8. לא לגמרי ברור מה החידוש הספציפי של המחקר.
    בין היתר כתוב במאמר ש"המחקר הראה ששחרור כוחות החיכוך מתחיל בגל הנע במהירות הקול והמשנה את פני השטח בכל נקודה שבה עבר".
    זה לא דבר שהמחקר הראה לראשונה כי זה ידוע כבר מזמן ואפשר לקרוא זאת כאן:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Seismic_wave

    אי מניח שיש במחקר דברים נוספים – כאלה שלא היו ידועים קודם ושקשורים ל"חיים משל עצמן" של נקודות המגע אבל הבעיה היא שלי לפחות אותם דברים אינם ידועים גם אחרי קריאת המאמר.

  9. הערה נוספת אטומים לא מתאחדים בליבת השמש כי אין שם אטומים יש פלזמה חמה וגרעיני האטומים מתאחדים. אטום הוא גרעין עם האלקטרונים שלו והינו חסר מטען חשמלי (אין אטומים בשמש, יש שם פלזמה מיוננת).

  10. רענן: מגע בין חומרים קורה כשהכוחות החשמליים של דחיה שמפעילים האלקטרונים והפרוטונים בחומר אחד על החומר השני וההפך חזקים מאוד.

  11. רענן

    באותה מידה אתה יכול לשאול למה אתה לא נופל לתוך הרצפה או למה גופך לא מתפרק? כדי שיהיו כוחות אין צורך במגע. קשרים כימיים בין אטומים נוצרים ללא מגע ישיר, דחיה בין מטענים מתרחשת ללא מגע וכדור הארץ מושך גופים אליו ללא מגע ועוד אינספור דוגמאות. מה שתורת הקוונטים מלמדת אותנו הוא שכוחות מועברים על ידי החלפת חלקיקים וירטואלים אבל נקודה זו בהחלט לא רלוונטית למאמר שהובא כאן.

  12. איך יתכן בכלל מגע או חיכוך בין דברים? הרי ברמה הקוונטית אטומים לא נוגעים אחד בשני אף פעם (אלא אם כן הם נמצאים בתוך לחץ עצום כמו בליבה של השמש למשל, ואז האטומים נוגעים אחד בשני ומתאחדים ובכך יוצרים חומר אחר.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן