Obecnie większość ludzi uważa buty z podeszwą antypoślizgową lub maty antypoślizgowe do wanny za coś oczywistego. Ale te podeszwy i maty to produkty, w których opracowaniu podstawową rolę odegrała tribologia. Jej rola polega na zapewnieniu prawidłowego działania innych codziennie wykorzystywanych przez nas technologii, takich jak układy hamowania w każdym typie pojazdu, których funkcjonowanie jest kluczowe dla bezpieczeństwa. To kolejna nieoceniona usługa, którą zawdzięczamy rzadko reklamowanej dziedzinie nauki – tribologii. Jeszcze mniej osób zna nazwisko Petera Josta, który jest często uważany za jednego z twórców dyscypliny tribologii.
Historia tribologii
Tribologia stała się powszechnie znana i wykorzystywana dopiero w latach 60. XX wieku po opublikowaniu w Wielkiej Brytanii przełomowego raportu Josta (the Jost Report). Ten debiutancki raport na temat tribologii opublikował Hans Peter Jost, brytyjski inżynier mechanik, który stał się potem znany jako twórca tribologii. Raport Josta ujawnił, że zjawisko tarcia i proces korozji powodują ogromne straty finansowe. Jednak historia wiedzy na temat tych czynników jest praktycznie tak długa, jak historia ludzkości. Starożytni już w czasach paleolitu rozumieli potrzebę kontrolowania sił tarcia. Starożytni Egipcjanie zmniejszali je, używając kół i smarów w łożyskach rydwanów oraz w urządzeniach transportujących ciężkie materiały, potrzebne do budowy piramid.
Hans Peter Jost odszedł 7 czerwca 2016 roku w wieku 95 lat, po latach świetnej kariery. Uczył się w technikum w Liverpoolu (Liverpool Technical College) i studiował na politechnice w Manchesterze (wówczas Manchester College of Technology). Karierę zawodową rozpoczął jako praktykant w zakładach Associated Metal Works w Glasgow. Już w wieku 29 lat był dyrektorem generalnym Trier Brothers, międzynarodowej firmy zajmującej się środkami smarnymi, a następnie pełnił funkcję dyrektora i prezesa kilku firm technologicznych oraz inżynierskich. Zasiadał także w kilku radach firm przemysłowych i aż do śmierci był przewodniczącym Międzynarodowej Rady Tribologii (International Tribology Council – ITC) oraz dożywotnim członkiem rady brytyjskiej Komisji Parlamentarnej i Naukowej. Był także honorowym stypendystą brytyjskich organizacji: IET (Institution of Engineering and Technology, Instytucja Inżynierii i Technologii), IMechE (Institution of Mechanical Engineers, Stowarzyszenie Inżynierów Mechaników) oraz Instytutu Materiałów (Institute of Materials).
W 1969 r. został mianowany Komandorem Orderu Imperium Brytyjskiego (CBE), a także został odznaczony przez głowy państw Francji, Niemiec, Polski, Austrii i Japonii. W 1992 r. został pierwszym honorowym członkiem zagranicznym Rosyjskiej Akademii Inżynierii. Posiadał 2 tytuły profesora honorowego i 11 doktora honoris causa, w tym w styczniu 2000 r. uzyskał pierwszy milenijny doktorat honoris causa. Nawet w 2009 r., będąc już w słusznym wieku, kiedy większość ludzi zadowoliłaby się spoczęciem na laurach, profesor Jost nadal pracował. Był pionierem w branży tribologii i spoglądał w przyszłość, kiedy wspólnie z innymi wprowadzał zasady Zielonej Tribologii, wytyczając drogę dla pierwszego Światowego Kongresu Zielonej Tribologii. Niedługo przed śmiercią został wybrany honorowym członkiem Królewskiej Akademii Inżynierii (Royal Academy of Engineering).
Problemy powstające w fazie projektowania
Przełomowy raport Hansa Petera Josta, który powstał na zlecenie brytyjskiego rządu, po raz pierwszy rzucił światło na fakt, że problemy ze smarowaniem w inżynierii są przede wszystkim problemami powstającymi w fazie projektowania. Ich rozwiązania, jak sugerował Jost, wymagały posiadania różnorodnych umiejętności z dyscyplin naukowych innych niż mechanika, w tym chemii i materiałoznawstwa, mechaniki ciał stałych oraz fizyki. Jost i jego zespół obliczyli, że można uniknąć ogromnych strat finansowych dzięki zmniejszeniu liczby awarii powodujących straty produkcji, zmniejszeniu zużycia energii, obniżeniu kosztów konserwacji maszyn oraz wydłużeniu ich czasu eksploatacji. W odpowiedzi na raport Josta w Wielkiej Brytanii powstało kilka krajowych ośrodków tribologicznych, chociaż początkowo to głównie konkurujące ze sobą brytyjskie firmy zajęły się tym tematem bezpośrednio po opublikowaniu raportu.
Co prawda tribologia jest stosunkowo nową nauką, jednak paradoksalnie Hans Peter Jost swoimi pracami spłacił dług tym geniuszom nauki, którzy utorowali mu drogę, i potwierdził, że stojące za tribologią koncepcje istniały od wieków.
Tribologia przeszła długą drogę, odkąd została odkryta tysiące lat temu w okresie paleolitu, kiedy to ze zwierzęcego poroża zbudowano elementarne łożysko. Innowacja Prometeusza została wykorzystana, jako narzędzie do rozniecania ognia wyłącznie poprzez tarcie. Ponieważ wynalezione w Babilonii koło garncarskie oraz składające się z trzech części koło tarczowe, używane w rydwanach w Mezopotamii, powstały odpowiednio w 3500 r. p.n.e. i 2800 r. p.n.e., taki postęp tribologiczny był niezbędny, aby zapewnić ludzkości przetrwanie – od tamtych czasów do dnia dzisiejszego i dalej.
To Leonardo da Vinci stwierdził, że tarcie jest proporcjonalne do obciążenia i niezależne od powierzchni poruszanego przedmiotu. W tym przełomowym momencie zaczęto traktować tę słabo rozwiniętą wersję tribologii jako pełnoprawną naukę. W 1687 r. Sir Isaac Newton dodał do niej swój wkład, badając właściwości płynu, które wpływają na tarcie w procesie smarowania, zaś w 1699 r. Guillaume Amontons wyjaśnił dwie hipotezy Leonardo da Vinci, podnosząc je do rangi niepodważalnych praw.
Na koniec, w 1780 r., powstało ostatnie z trzech klasycznych praw tarcia. Charles Coulomb na podstawie swoich badań przedstawił teorię, że siła tarcia jest niezależna od prędkości poślizgu. Natomiast w czasach nam bliższych badania naukowe nad tarciem i smarowaniem przeprowadzili pod koniec lat 30. XX wieku F.P. Bowden i David Tabor, którzy nadali tej dyscyplinie nauki przydomek „trójfazowa”. Być może nie jest zaskoczeniem, że to szczególne połączenie słów nigdy się nie przyjęło, torując drogę profesorowi Jostowi do stworzenia oficjalnej nazwy tej nauki: tribologia.
W tribologii chodzi o nazwę
Tribologia jest terminem bardziej trafnym niż trybofizyka, ze względu na interdyscyplinarny charakter tej nauki, będącej połączeniem chemii, fizyki, materiałoznawstwa, mechaniki oraz coraz częściej biologii. Jednak tym, co naprawdę pomogło tribologii zaznaczyć swoją obecność w świecie nauki, było zmniejszenie strat ekonomicznych, które raport Josta przypisał kosztom zużycia materiałów. Od tego czasu korzyści finansowe wynikające ze stosowania tribologii zainspirowały wiele badań. Chociaż można by osiągnąć ogromne oszczędności dzięki wydajniejszym praktykom tribologicznym, to biorąc pod uwagę samo zużycie opon, butów i ubrań, które z łatwością generuje koszty rzędu miliardów dolarów, korzyści płynące z lepszych procedur tribologicznych znacznie przewyższają zyski finansowe. Pełniąc podstawową rolę w ulepszaniu łożysk silników samochodowych i samolotowych, co prowadzi do tego, że ich awarie są praktycznie niemożliwe, tribologia wkracza na obszar ratowania życia ludzkiego. To oczywiście tylko jeden z przykładów.
W niemal każdej dziedzinie, jaką można sobie wyobrazić, postępy tribologiczne są synonimem innowacji technologicznych. Na przykład duża część energii wytwarzanej na świecie jest zużywana na skutek tarcia zewnętrznego i zużycia materiałów, z czego wynika, że skuteczniejsze rozwiązania problemów tribologicznych mogą prowadzić do większej efektywności energetycznej, a zatem do czystszego i zdrowszego środowiska.
W miarę upływu czasu tribologia nadal będzie miała nieocenione znaczenie dla osiągnięcia zrównoważonego rozwoju i efektywności energetycznej w różnorodnych zastosowaniach w życiu codziennym. Tak więc następnym razem, gdy wychodzimy na wieczorny spacer, naciskamy pedał hamulca w samochodzie lub wykonujemy dowolną z niezliczonych codziennych czynności, w których wymagane jest tarcie, poświęćmy chwilę, aby w duchu podziękować tej nieznanej dziedzinie – tribologii. Będącej „niepiszczącym kołem” świata nauki, które dba o to, by wszystko działało płynnie. Oraz jej skromnemu przybranemu ojcu, który przygarnął tę bezimienną, osieroconą naukę i dał jej odpowiednie miejsce w annałach naukowych innowacji.
Dr Raj Shah jest dyrektorem ds. sprzedaży, marketingu i usług technicznych w firmie Koehler Instrument Co. Pracuje w jej zakładach produkcyjnych/centrali firmy w Nowym Jorku. Dr Shah jest obecnie członkiem Rady Dyrektorów Stowarzyszenia Tribologów oraz Inżynierów Smarowania (Society of Tribologists and Lubrication Engineers).
Shana Braff jest specjalistką ds. obsługi klienta w firmie Koehler Instrument Co. w Holtsville w stanie Nowy Jork.
