De wetenschap van wrijving -- en de verrassende impact ervan op ons leven

Tribologie: het is een grappig klinkend woord dat je misschien nog niet eerder hebt gehoord, maar het kan de manier veranderen waarop je de wereld bekijkt en erin functioneert, zegt werktuigbouwkundige Jennifer Vail. Aan de hand van voorbeelden uit de tribologie, de studie van wrijving en slijtage, beschrijft Vail verschillende verrassende manieren waarop tribologie het dagelijks leven beïnvloedt. Ook legt ze uit hoe het ons zou kunnen helpen een betere wereld te maken.

Ik moet zeggen dat het best grappig is

als mensen vragen
wat voor werk ik doe.

Ik vertel hen dan dat ik
dingen tegen elkaar wrijf.

Het klinkt misschien belachelijk

om gewoon dingen tegen elkaar te wrijven.

Maar het heeft een technische naam:

Tribologie.

T-r-i-b-o-l-o-g-i-e,

van het Griekse woord 'tribos'.

Het betekent 'wrijven'.

Het is een grappig woord
dat je waarschijnlijk niet kent,

maar ik beloof je

dat het begrijpen ervan je ervaring
met de wereld zal veranderen.

Tribologie heeft me
geweldige projecten bezorgd.

Ik heb gewerkt aan vliegende materialen,
maar ook aan hondenvoer --

een combinatie die niet lijkt de kloppen

voor werk in een tijdspanne
van een paar jaar,

totdat je de wereld begint te bekijken
door een tribologische lens.

Ik denk dat je verrast zult zijn

hoe belangrijk tribologie kan zijn

om grote problemen te verhelpen.

Tribologie is de studie
van wrijving, slijtage en lubricatie.

Je hebt alle drie
wel eens meegemaakt.

De laatste keer dat je probeerde
een zwaar voorwerp te verslepen,

voelde je toen dat er iets je tegenhield?

Dat was wrijving.

Wrijving is de kracht
die beweging tegenwerkt.

Slijtage is verlies
of overdracht van materiaal.

Het dwingt je je favoriete
schoenen te vervangen,

anders hou je geen zolen meer over.

Een lubricant
vermindert wrijving en slijtage.

Het maakt verroeste, strakke bouten los
die anders niet zouden bewegen.

Maar tribologie is ook de wetenschap
van op elkaar inwerkende oppervlakken

in relatieve beweging.

Dus op elkaar inwerkende oppervlakken
in relatieve beweging:

daar zijn er veel van op de wereld.

Terwijl je daar nu zit, wiebel je je voet

of schuif je misschien in je stoel?

Nou, dat is tribologie.

Zelfs bij de kleinste beweging in je stoel

heb je twee oppervlakken
die over elkaar bewegen.

Jouw tribologische interactie

zal anders zijn dan die
van de persoon naast je.

Dit komt omdat de kleding die je draagt

de wrijving tussen jou
en de stoel verandert.

Als je zijde draagt, is het gemakkelijker
om in je stoel rond te draaien

dan als je wol draagt.

Dat komt omdat de wrijving lager is.

Als je je enkel beweegt,

maakt hij dan soms een geluid?

Heb je dat wel eens?

Je staat op, je beweegt
en sommige botten kraken.

Bedankt, tribologie.

Dit komt door de vloeistof
die onze botten smeert

als we bewegen.

Hierdoor ontstaan er
gasbellen in die vloeistof.

Maar het geluid kan ook komen van de pezen
die over elkaar heen bewegen.

Dat is vrij gewoon voor onze enkels,

dus als je zoals ik
graag je enkel wiebelt,

kun je plotseling heel nieuwsgierig worden
over de tribologie van pezen.

Maar hoe word je
een triboloog zoals ik?

Het begint als je heel jong bent.

Ik was zelf een ballerina vroeger.

Ik bereikte het niveau
waar ik op mijn tenen kon dansen,

of 'en pointe'.

Als je 'en pointe' danst,
draag je die geweldige schoenen,

maar ze kunnen glad zijn op het podium.

Het laatste wat je wilt
als je op je tenen danst,

is uitglijden en vallen.

Dus we hadden dozen hars bij ons.

We stapten in de hars, om zo een laag
op onze schoenen aan te brengen.

Hars is afkomstig van boomsap

en in zijn poedervorm
maakt het dingen minder glad.

Je hebt als danser heel snel door

hoeveel er op je schoenen moet,

want als er niet genoeg op zit,
zul je waarschijnlijk uitglijden

vanwege de lage wrijving
tussen je schoen en het podium.

In het beste geval

ben jij de onhandige ballerina
op het podium,

maar in het slechtste geval
loop je een blessure op.

Ik was toen al bezig wrijving
te optimaliseren en te manipuleren.

Ik was gewoon voorbestemd
om triboloog te worden.

(Gelach)

Maar jullie waren ook jonge tribologen.

Toen je kleurpotloden gebruikte,

wist je dat hoe harder je drukte,
hoe donkerder de kleur.

Je wist ook dat dat betekende

dat je je kleurpotlood
vaker zou moeten slijpen,

omdat het dan sneller versleet.

Laten we het nu hebben
over die glanzende gewaxte vloeren

waar je overheen moest glijden.

Je wist dat je met sokken aan
zeker goed zou glijden over die vloer.

Op blote voeten, niet echt.

Meester-manipulators van wrijving.

Alle kinderen zijn tribologen.

Hoe zit het met ons volwassenen?

Je hebt vandaag je tanden gepoetst.

Dat hoop ik tenminste.

(Gelach)

Dit is tribologie in actie.

Tandpasta en de tandenborstel
werken samen

om tandplak te verwijderen.

Mijn vader is tandarts.

Ik had nooit gedacht
dat mijn werk dat gebied zou raken.

Maar op een dag begrepen we elkaar gewoon,

toen ik een tandsteenverwijderingstest
moest ontwikkelen.

Het leek eenvoudig,

totdat ik het begon te zien
als een triboloog,

toen werd het ongelooflijk complex.

Je hebt harde materialen, onze tanden,

zachte materialen zoals ons tandvlees,
tandpasta en de tandenborstel.

Je hebt smeermiddel: speeksel en water,

de dynamiek van de persoon
die zijn tanden poetst, etc.

Ik beloof je dat als we diamanten
in je tandpasta stoppen,

er geen tandplak meer overblijft.

Maar je zult ook geen tanden meer hebben.

Er moet dus een balans zijn
tussen het verwijderen van tandplak,

en het niet beschadigen
van onze tanden en tandvlees.

We poetsen onze tanden omdat we eten.

Eten is een van onze routines.

Het lijkt heel eenvoudig.

Maar het is nog steeds tribologie

en het is niet eenvoudig.

Je hebt het voedsel dat tijdens
het eten zal breken en slijten.

En dat voedsel interageert
met je tanden, je tong,

je speeksel, je keel.

En al die interacties
zullen je eetervaring beïnvloeden.

Kun je je een moment herinneren
waarop je iets nieuws proefde

en je zei:

"Het smaakt niet slecht,

maar ik hou niet van de textuur."

Tribologen kijken naar gladheid,
de wrijvingscoëfficiënt,

om sensaties in je mond en de textuur
te verbinden met wat je ervaart.

Bijvoorbeeld, als we de samenstelling
veranderen van ons eten en drinken,

als we de suiker of het vetgehalte
zouden veranderen,

verandert dat dan de sensatie?

Hoe kunnen we dit meten?

Tribologen werken eraan
om zulke vragen op te lossen.

Terwijl mijn collega's
het vetgehalte van yoghurt

in het lab bestudeerden,

bestudeerde ik ...

hondenvoer.

Het lab rook trouwens echt lekker,
geloof me maar.

We poetsen regelmatig onze tanden.

Doen we dat ook voor onze huisdieren?

Volwassen dieren krijgen vaak
tandvleesziekte,

dus we moeten echt hun tanden poetsen.

Huisdiereigenaren
doen het nu dan ook vaker.

Mijn beste vriend doet het bij zijn kat,
en hij kan het echt goed.

Veel succes als je dat
probeert bij mijn kat.

Diervoeding-leveranciers proberen nu

tandplak-onderdrukkers
in traktaties te stoppen.

Als je een hond hebt,

heb je misschien opgemerkt

dat traktaties gewoon verdwijnen
na slechts één hap.

De uitdaging is:

hoe verwijder je tandplak in één hap?

Ik ontwikkelde een test
om dit probleem te bestuderen,

maar ik moest hun orale systeem imiteren:

hun tanden, plak en speeksel.

Ik heb de wrijving gemeten

om de effectiviteit van deze traktaties
op het plak te bestuderen.

Besef je nu ineens dat je de tanden
van je hond nooit hebt gepoetst?

Graag gedaan.

Maar waarom is tribologie zo belangrijk?

Laat ik je nog een voorbeeld geven.

Je bent vandaag
op de een of andere manier hier gekomen.

Misschien lopend of met de fiets,

maar voor de meesten van jullie hier,
ben je met de auto gekomen.

Denk aan alle
tribologische elementen in een auto.

Je eigen interactie met de auto,

de interactie met het wegdek

en alles onder de motorkap
en in de aandrijflijn.

Ook onderhoud
is verbonden met tribologie.

Weet je hoeveel kilometers
jouw banden meegaan,

voordat je ze moet vervangen?

Als je het bandprofiel controleert,

kijk je of er slijtage aan je banden is.

Tribologie is de studie
van slijtage en wrijving.

Voor banden kan wrijving
het verschil maken

tussen veilig aankomen en een ongeluk.

Dit komt omdat de wrijving
tussen je banden en de weg

je versnelling zal beïnvloeden,
maar ook je remkracht

en je remafstand.

Als bestuurder weet je
hoe belangrijk wrijving is:

je weet bijvoorbeeld
dat als de wegen nat zijn,

rijden gevaarlijker is,
omdat de weg dan glad is.

Dit komt omdat water wrijving vermindert

tussen de banden en de weg.

Wrijving is de kracht
die beweging tegenwerkt,

dus als water die kracht vermindert,
is het gemakkelijker om te bewegen,

vandaar dat het gladder is
als de wegen nat zijn.

Nog iets waar je rekening mee moet houden,

is dat vechten
tegen wrijving energie kost,

dus je verliest energie aan wrijving.

Zo kunnen dus je banden
je benzinekosten beïnvloeden.

Wist je dat ongeveer
een derde van de benzine

die je in je voertuig stopt,

gebruikt zal worden voor wrijving?

Een derde.

Tribologisch onderzoek
heeft geholpen wrijving te verminderen

en zo benzineverbruik
en emissies te verminderen.

Holmberg en Erdemir hebben in hun studies

aangetoond hoe tribologisch onderzoek

het brandstofverbruik kan verminderen.

Ze zagen dat we in 20 jaar

het verbruik van personenauto's

met 60% konden verminderen.

Als je even denkt
aan alle auto's ter wereld,

kunnen we veel energie besparen.

Dat is een deel van de bijna 9%
van ons huidige mondiale energieverbruik,

en tribologie kan ons helpen
het te besparen, volgens de auteurs.

Het het gaat hier om veel energie.

Als je naar de cijfers kijkt,
kan tribologie veel betekenen voor ons.

Mijn collega's zeggen
dat we tot 20 quads energie

kunnen besparen in de VS.

Om wat context te geven:

een quad energie is gelijk aan
180 miljoen vaten olie,

en tribologie kan 20 keer zoveel besparen.

Dit is te danken aan
nieuwe materialen en lubricanten,

het ontwerp van nieuwe componenten,

waardoor windturbines bijvoorbeeld
efficiënter en betrouwbaarder worden.

Door 31 mensen samen
in een kamer te plaatsen

die de wereld door een
tribologische lens zien, is dit gelukt.

Stel je eens voor wat we kunnen ontdekken

als we allemaal tribologie
om ons heen gaan zien.

Mijn favoriete projecten nu
zijn in lucht- en ruimtevaart.

Ik hou ervan om slijtage en wrijving
te verminderen in deze omgevingen.

Ik kan materialen en onderdelen maken

die wrijving verminderen
in bewegende componenten en motoren

zodat hun beweging minder belemmerd wordt.

En minder bewegingskracht
betekent ook minder kracht,

dus je kan een kleinere motor gebruiken,

die minder weegt,

en dus brandstof bespaart.

Ik kan ook onderdelen maken
die langer meegaan door minder slijtage.

Dit zal restafval verminderen

en productiekosten verminderen,

zodat we dus energie besparen
bij de productie.

Ik moedig je aan om tribologie
in de wereld om je heen te zien

en te kijken hoe je jouw interacties
met oppervlakten kunt verbeteren.

Zelfs de kleinste verbeteringen

maken een verschil.

Tribologie klinkt misschien grappig,

maar het heeft een enorme
impact op onze wereld.

Dank je wel.

(Applaus)