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J. Phys. III France
Volume 6, Numéro 8, August 1996
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Page(s) | 1005 - 1037 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/jp3:1996168 |
J. Phys. III France 6 (1996) 1005-1037
Études dynamiques des propriétés mécaniques et électriques des contacts entre solides
Guy Mayer and Gérard HauchecorneGroupe de Physique des Solides, Université Paris VI et VII, 2 place Jussieu, 75251 Paris Cedex 05, France
(Reçu le 6 octobre 1996, révisé le 12 avril 1996, accepté le 26 avril 1996)
Abstract
Dynamical methods are used to study contacts between solids. We describe some devices for exciting and measuring periodical
oscillations of a small object laying against a table. For small amplitude (
cm) of relative motion, the normal modes of oscillation are harmonic and their frequencies give the derivative of the force
versus displacement. The effects of a static force on those mutual frequencies give the second derivatives. In these modes of relative
motion the strain potential energy is concentrated in the small volumes (
cm
3) near the contacts. They show a rather strong damping coefficient which we have measured. For larger amplitudes of motion,
various non-linear effects show up. We have studied with some care sub-harmonic generation. When both solids in contact are
electrically conducting the impedance modulation induced by the mechanical oscillations has been measured and brings some
more information. Hertz theory has guided us. The fractional exponents we observe in the relations force versus displacement for various contacts are reasonably close to the Hertzian predictions. The effect of a magnetic field on the
mutual frequencies of two solids made of ferrite (Mn, Zn) has been found too strong to be accounted for easily.
Résumé
Nous étudions par des méthodes dynamiques le nature des contacts entre deux solides. Nous décrivons divers dispositifs permettant
de provoquer et d'observer de petites oscillations périodiques d'un objet appuyé contre une table autour de sa positions d'équilibre
statique. Pour des amplitudes de mouvement relatif petites, de l'ordre de l'Angström, les modes propres d'oscillation sont
harmoniques et leur fréquence donne la dérivée de la force par rapport au déplacement. L'influence d'une force statique sur
cette fréquence mutuelle donne la dérivée seconde. Dans ces modes de mouvement relatif l'énergie potentielle de déformation
est localisée dans les très petits volumes proches des contacts ; ils ont un fort coefficient d'amortissement que nous avons
mesuré. Pour des amplitudes plus grandes, divers effets non-linéaires se montrent ; nous avons spécialement étudié l'apparition
de sous-harmoniques. Pour des contacts entre solides conducteurs la mesure de la modulation d'impédance électrique liée à
l'oscillation mécanique est une source supplémentaire d'information. La théorie de Hertz nous sert de guide. Les exposants
fractionnaires que nous observons dans la relation force-distance sont proches de ceux de Hertz. L'influence d'un champ magnétique
sur la fréquence mutuelle de deux solides de ferrite (Mn, Zn) s'est montrée anormalement grande.
© Les Editions de Physique 1996