Sign In

VTT:n tutkimus parantaa jään kitkan arvioinnin luotettavuutta

25.3.2014

 

Liukunopeus ja jään lämpötila vaikuttavat jäisen pinnan kitkaan enemmän kuin aiemmin on oletettu. VTT:n tutkijoiden kehittämän termodynaamisen mallin mukaan jää lämpenee ja sulaa tietyissä olosuhteissa, kun jokin materiaali liukuu sen pinnalla. Silloin jäästä tulee liukkaampaa. Kitkakerroin voi vastaavasti nousta yli 100-kertaiseksi, kun liukunopeus hidastuu ja lämpötila laskee. Mallia voidaan hyödyntää kehitettäessä mm. teitä, kiitoratoja, renkaita, kengänpohjia tai talviurheiluvälineitä.

Jään kitkaa mallinsivat VTT:n johtava tutkija Lasse Makkonen ja tutkija Maria Tikanmäki. Heidän mukaansa aiemmat jään kitkan teoriat ovat johtaneet osin virheellisiin tulkintoihin. Makkosen mukaan yksi VTT:n tutkimuksen keskeisimmistä havainnoista on se, että lämpötilan noustessa kitka sulattaa jään ja liukuvan materiaalin väliin vesikalvon, jolla on useita kontaktipisteitä. Aiemmin on ajateltu, että kalvo täyttää rajapinnan tasaisesti.

”Nyt me pystymme laskemaan oikeasti, mitä kitkakertoimet ovat”, Lasse Makkonen sanoo. ”Olemme pystyneet todentamaan mallin toimivuuden mittausten avulla. Toisaalta tutkimuksemme viittaa siihen, että monet aiemmat laboratoriomittaukset ovat käyttökelvottomia teoreettiseen tulkintaan eivätkä edusta käytännön liukutilannetta.”

Jään kitkaa on tutkittu jo noin 150 vuoden ajan. Jo napa-alueita kartoittaneet tutkimusmatkailijat huomasivat, että äärimmäisen kylmässä säässä heidän rekensä liukuivat jäällä yhtä huonosti kuin hiekalla. Makkosen mukaan VTT:n uusi termodynaaminen malli tarjoaa menetelmän minkä tahansa materiaalin ja jään välisen kitkan määrittämiseen kaikissa olosuhteissa. Mallia voidaan hyödyntää muun muassa sellaisissa sovellutuksissa, jotka liittyvät teiden, kiitoratojen ja jalkakäytävien kunnossapitoon tai renkaiden, kengänpohjien ja talviurheiluvälineiden kehittämiseen.

”Uutta on myös kahden jäisen kappaleen keskinäisen kontaktin mallintaminen, mistä voi olla hyötyä esimerkiksi jäänmurtamisen kehittämisessä. Lisäksi pystymme nyt mallintamaan myös sellaista jäätä, jonka päällä on sulanutta tai satanutta vettä.”

Lasse Makkosen ja Maria Tikanmäen tutkimus julkaistiin äskettäin Cold Regions Science and Technology – lehdessä, joka on alansa tunnetuin julkaisu. Tutkimustyötä rahoitti Suomen Akatemia.

Asiakaspalvelu
Sähköpostiinfo@vtt.fi
Puhelin020 722 7070
Avoinna arkisin klo 9.00 - 11.00 ja 12.00 - 15.00