Descoberta nova forma de atrito que contradiz lei da física de 300 anos
[Imagem: Hongri Gu]
Lei do atrito de Amontons
Pesquisadores descobriram uma forma inédita de atrito que desafia uma das leis mais antigas da física: A resistência ao movimento surge sem qualquer contato mecânico, impulsionada apenas pela dinâmica coletiva de campos magnéticos.
O fenômeno demonstra que o atrito não precisa aumentar constantemente com a carga, como postula a lei de Amontons há mais de três séculos. Formulada em 1699 por Guillaume Amontons (1663-1705), a lei estabelece que a força de atrito é diretamente proporcional à carga normal aplicada (1ª Lei) e independente da área aparente de contato entre as superfícies (2ª Lei).
Parece complicado, mas é uma intuição cotidiana que pode ser aferida empurrando-se um móvel pesado e depois outro mais leve, e comparando os esforços necessários em cada caso. Na visão clássica, esse comportamento é explicado por deformações mínimas nas superfícies em contato: Sob carga, aumentam os pontos de contato microscópicos, elevando o atrito.
Mas a lei deixa em aberto o que ocorre quando o movimento induz reorganizações internas profundas nos materiais, um cenário comum em sistemas magnéticos, onde o deslizamento pode alterar a própria ordem magnética dos materiais envolvidos. Foi este o caso analisado agora por Hongri Gu e colegas da Universidade de Constança, na Alemanha.
[Imagem: Hongri Gu et al. – 10.1038/s41563-026-02538-1
Atrito magnético
Os cientistas desenvolveram um experimento de mesa composto por um arranjo bidimensional de rotores magnéticos livres que se movem sobre uma segunda camada magnética.
Embora as duas superfícies nunca se toquem fisicamente, o acoplamento magnético entre elas gera uma força de atrito mensurável. Ao variar a distância entre as camadas, os pesquisadores conseguiram ajustar a carga efetiva enquanto observavam diretamente como a configuração magnética interna evoluía durante o movimento.
Os resultados revelaram um comportamento surpreendente: O atrito se mostrou fraco tanto nas menores quanto nas maiores separações entre as camadas. Em distâncias intermediárias, porém, passam a dominar interações concorrentes: Enquanto a camada superior favorece um alinhamento antiparalelo dos momentos magnéticos, a camada subjacente impõe um alinhamento paralelo.
Essa incompatibilidade força o sistema a uma configuração dinamicamente instável: À medida que as camadas deslizam, os ímãs são repetidamente levados a alternar entre esses estados incompatíveis de forma retardada (histerese), amplificando fortemente a dissipação de energia e gerando um pico pronunciado de atrito.
[Imagem: HHU/Marco Musacchio]
Amplas aplicações
O experimento documenta uma situação na qual atrito não se origina do contato físico entre superfícies, surgindo inteiramente de uma reorganização interna do material, fugindo do quadro regido pela lei do atrito de Amontons.
Como a física subjacente a esse efeito independe da escala, os resultados apontam para aplicações que vão desde materiais magneticamente finos na escala atômica até sistemas macroscópicos. Por exemplo, a descoberta abre a possibilidade de se construir interfaces de atrito ajustável sem desgaste: Tirando proveito da histerese magnética, será possível controlar o atrito de forma remota e reversível.
Entre as possíveis aplicações estão sistemas micro e nano-eletromecânicos (MEMS e NEMS), onde o desgaste limita a vida útil dos dispositivos, além de rolamentos magnéticos, amortecedores adaptáveis e ímãs atomicamente finos, nos quais o movimento mecânico está intimamente ligado à ordem magnética interna.
Mais amplamente, o atrito magnético abre uma nova via para acessar a dinâmica coletiva de spins por meio de medições puramente mecânicas, estabelecendo uma ponte inédita entre a tribologia e o magnetismo.