D25 Tribometria de contato

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O desgaste e o atrito experimentados pelas cerdas adesivas do inseto ao deslizarem sobre diferentes substratos exigem uma caracterização precisa desse comportamento usando tribometria, uma técnica que registra em detalhes o atrito que ocorre no ponto de contato entre a ponta da cerda e a superfície sobre a qual ela repousa.

Esse atrito no ponto de contato da cerda não segue a lei clássica do atrito seco, segundo a qual a força de atrito seria simplesmente proporcional à carga normal aplicada. Em vez disso, segue uma versão estendida, proposta por Derjagin, que adiciona um termo adicional devido à adesão. Isso significa que o atrito existe mesmo quando a carga normal é zero, ou até mesmo ligeiramente negativa, porque é a própria adesão que mantém o contato entre as cerdas e a superfície.

Esse comportamento, tão diferente do contato seco convencional, é característico dos sistemas bioadesivos em geral. Ele permite que as cerdas do inseto resistam a um cisalhamento tangencial considerável sem exigir nenhuma carga normal para empurrá-las contra a superfície, confiando, em vez disso, unicamente na força de adesão para manter o contato. Quando a pata de um inseto se move lentamente sobre uma superfície, o atrito resultante do contato adesivo pode se manifestar de duas maneiras distintas, e o modelo de Prandtl-Tomlinson permite prever qual delas ocorrerá: um regime de deslizamento suave e contínuo, ou um regime de aderência e deslizamento, no qual as cerdas aderem momentaneamente à superfície e, em seguida, avançam em saltos discretos antes de aderirem novamente.

Quando esse contato tribológico entre as cerdas e a superfície ocorre em altas velocidades de deslizamento, o próprio atrito gera aquecimento localizado adicional na ponta das cerdas, conhecido como temperatura de frenagem. Esse efeito é particularmente relevante para insetos que caminham sobre superfícies quentes, pois esse aquecimento adicional pode alterar as propriedades da cera adesiva que reveste a ponta das cerdas.

Todo esse atrito no contato do cogumelo, seja no regime de deslizamento contínuo ou no regime de aderência e deslizamento, dissipa em cada ciclo de movimento uma certa quantidade de energia representada pela área delimitada pelo laço de atrito, uma energia que não pode ser recuperada e que, portanto, faz com que o metabolismo do inseto tenha que repô-la continuamente para que a pata possa continuar se movendo ciclo após ciclo na superfície.

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