The science of friction -- and its surprising impact on our lives | Jennifer Vail

Transcriber: Joseph Geni Reviewer: Camille Martínez

Übersetzung: Ninja Katja Horr Lektorat: Sonja Maria Neef

I have to admit that it's a lot of fun

Zugegeben, es ist lustig,

wenn ich nach meinem Beruf gefragt werde.

when people ask me what I do for my job,

Denn dann sage ich: Ich reibe Dinge aneinander.

because I tell them I literally rub things together.

This sounds ridiculous,

Das hört sich lächerlich an,

just rubbing things together.

einfach Dinge aneinanderzureiben.

But it has a technical name:

Aber es hat einen technischen Namen:

tribology.

Tribologie.

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

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

from the ancient Greek word "tribos,"

das kommt vom Griechischen „tríbos“,

which means "to rub."

und bedeutet Reibung.

It's a funny-sounding word you've probably never heard before,

Ein lustiges Wort, das Sie wohl noch nie gehört haben,

aber ich verspreche Ihnen,

but I promise you,

discovering it changes your experience with the physical world.

dass es Ihre Wahrnehmung der materiellen Welt ändert.

Tribology has given me amazing projects.

Tribologie bescherte mir großartige Projekte:

I've worked on materials that fly, and I've worked on dog food --

Ich arbeitete mit Flugmaterialen und mit Hundefutter --

a combination that doesn't sound like one person has any business doing

eine eher unwahrscheinliche Kombination für eine einzige Person

in the span of just a couple years,

in nur wenigen Jahren.

until you start to view the world through a tribological lens.

Außer aus tribologischer Sicht.

And I think you'll be surprised

Und es wird Sie überraschen,

at how significant a little bit of tribology can be

wie bedeutend ein wenig Tribologie

in alleviating some very large problems.

bei der Lösung gewaltiger Probleme sein kann.

Tribology is the study of friction, wear and lubrication.

Tribologie ist die Wissenschaft von Reibung, Verschleiß und Schmierung.

You have all experienced all three of these things.

All das ist Ihnen bekannt.

Erinnern Sie sich, als Sie das letzte Mal ein schweres Objekt schieben mussten

Remember the last time you tried to move a heavy object across the floor,

and you could just feel something resisting you?

und ein Widerstand auftrat?

That would be friction.

Das war Reibung.

Friction is the force that opposes motion.

Reibung ist die Gegenkraft zu Bewegung.

Wear is the loss or transfer of material.

Verschleiß ist Materialverlust.

Seinetwegen müssen Sie Ihre Lieblingsschuhe ersetzen,

It's the reason you have to replace your favorite shoes,

because eventually the soles disappear.

da sich die Sohlen irgendwann auflösen.

Lubricants are used to reduce friction and wear.

Schmiermittel verringern Reibung und Verschleiß.

They loosen up those stubborn rusted bolts that just otherwise will not budge.

Sie lösen festgerostete Schrauben, die sich sonst nicht drehen lassen.

But tribology is also defined as the science of interacting surfaces

Doch Tribologie ist auch die Lehre von Oberflächen,

in relative motion.

die sich relativ zueinander bewegen.

So, interacting surfaces in relative motion:

Interagierende Oberflächen, die sich relativ zueinander bewegen.

there are a lot of those in the world.

Davon gibt es viele auf der Welt.

As you're sitting there right now, are you wiggling your foot at all

Wie sie gerade so dasitzen,

wackeln Sie mit dem Fuß oder rutschen auf Ihren Sitzen?

or maybe shifting around in your seat?

Because guess what? Tribology is happening.

Genau da ist Tribologie am Werk.

Even the smallest shift in your seat

Selbst die kleinste Bewegung auf Ihrem Stuhl,

involves two surfaces moving relative to each other.

führt zu zwei Oberflächen, die sich relativ zueinander bewegen.

And your tribological interaction for the shift

Und Ihre tribologische Interaktion

will be different than the person next to you.

ist anders als die Ihres Nachbars.

This is because the clothes you're wearing

Ihre Kleidung bestimmt die Reibung zwischen Ihnen und Ihrem Sitz.

change the friction between you and the seat.

If you're wearing silk, it's a little easier to squirm around in the seat

Mit Seide kann man etwas leichter rutschen

als mit Wolle.

than if you're wearing wool.

Weil für Seide die Reibung geringer ist.

That's because the friction is lower for silk.

If you're moving your ankle or wiggling your ankle at all,

Wenn Sie Ihre Knöchel hin- und herbewegen,

did it make a popping sound?

erzeugt das nicht so ein Knacken?

You've had that, right?

Sie kennen das, oder?

You get up, you move around, and some joint cracks or pops.

Man steht auf, bewegt sich und die Gelenke knacken.

Thank you for that sound, tribology.

Ein Dankeschön an die Tribologie.

That sound can come from the fluid that lubricates your joints

Das Geräusch kann von der Schmierflüssigkeit in Gelenken kommen.

just moving around.

You're essentially releasing gas bubbles in that fluid.

In ihr lösen sich Gasblasen.

That sound can also come from the tendons simply moving over each other.

Das Geräusch kann auch vom Aufeinanderreiben der Sehnen kommen.

Pretty common in the ankle,

Typisch für die Knöchel,

so any of my fellow foot-wigglers out there

also sollten sich Fußwackler wie ich

may suddenly find themselves curious about the tribology of tendons.

mal mit der Tribologie der Sehnen beschäftigen.

But how does one become a tribologist like me?

Wie wird man aber Tribologin?

It starts when you're a kid, of course.

Es beginnt natürlich in der Kindheit.

I was a ballerina growing up.

Ich war Ballerina.

I reached the level where I was dancing on my toes,

Ich tanzte sogar auf den Zehenspitzen --

or "en pointe."

en pointe.

Now, when you're dancing en pointe, you're wearing those amazing shoes,

Wenn man en pointe tanzt, trägt man besondere Schuhe,

but they can be slippery on the stage.

die auf der Bühne leicht rutschen.

The last thing you want to do when you're trying to dance on your toes

Natürlich will man beim Tanz auf den Zehenspitzen nicht hinfallen.

is to slip and fall.

So we had boxes of stuff called rosin.

Deshalb hatten wir kübelweise Kolophonium.

We would step into the rosin, put a light coating on our shoes.

Wir traten in das Kolophonium und bedeckten die Schuhe leicht.

Rosin comes from tree sap

Kolophonium ist ein Baumharz

and, in its powdered form, makes things less slippery.

und dient in Pulverform als Haftmittel.

Als Tänzerin lernte man sehr schnell,

You learned real fast as a dancer

how much was the right amount to put on your shoes,

die richtige Menge einzuschätzen,

denn zu wenig führt zum Sturz,

because if you didn't put enough on, you were probably going to slip

due to the low friction between your shoe and the stage.

weil die Reibung zwischen Schuhen und Boden nicht ausreicht.

Best case scenario,

Bestenfalls ist man nur die ungeschickte Ballerina,

you're the clumsy ballerina on stage,

but the worst case scenario would be an injury.

aber im schlimmsten Fall verletzt man sich.

Already, I was optimizing and manipulating friction.

Schon damals habe ich Reibung optimiert.

You see, I was destined to be a tribologist.

Tribologie ist also mein Schicksal.

(Laughter)

(Lachen)

But you were also a junior tribologist.

Aber Sie alle waren als Kind Tribologen.

When you used crayons or colored pencils,

Wenn Sie Blei- oder Buntstifte nutzten,

you knew that the harder you pressed, the darker the color.

wussten Sie, die Farbe wird dunkler, wenn Sie stärker aufdrücken.

You also knew this meant you were going to have to sharpen

Sie wussten auch, dass Sie dann öfter spitzen müssen,

that crayon or colored pencil more frequently,

weil der Stift sich schneller abreibt.

because it was wearing down faster.

Now let's talk about those enticing shiny waxed floors

Oder denken Sie an die gewienerten Böden,

that you just had to slide across.

über die man einfach schlittern musste.

You knew if you put on a pair of socks,

Sie wussten mit Socken,

you were going to get a really good slide across that floor.

kann man wunderbar schlittern.

Good luck trying to do that barefoot.

Barfuß sieht es schon ganz anders aus.

Master manipulators of friction.

Experten in Sachen Reibung.

All kids are tribologists.

Kinder sind alle Tribologen.

What about us as adults?

Und wir Erwachsenen?

At some point today, you brushed your teeth.

Auch Sie haben sich heute schon die Zähne geputzt.

I hope.

Hoffe ich zumindest.

(Laughter)

(Gelächter)

This is tribology in action.

Das ist angewandte Tribologie.

The toothpaste and toothbrush are working to remove or wear

Zahnpasta und Zahnbürste reiben Zahnbelag ab.

the plaque from your teeth.

For the record, my dad is a dentist.

Mein Vater ist Zahnarzt.

Never thought my career was going to circle back to the family business.

Ich hätte nie gedacht, dass ich im Familiengeschäft bleiben würde.

Aber plötzlich sprachen wir über die gleichen Dinge,

But one day, we found ourselves speaking the same language

weil ich beauftragt wurde einen Test für Zahnbelagentfernung zu entwickeln.

when I was tasked with developing a test to investigate plaque removal.

Sounded simple enough,

Hörte sich einfach an,

bis man es aus tribologischen Gesichtspunkten betrachtet.

until I started to look at it as a tribologist,

and then it became incredibly complex.

Dann wird es unglaublich komplex.

You have hard materials -- those would be your teeth --

Sie haben hartes Material wie Zähne

soft materials like your gums, the toothpaste, the toothbrush.

und weiche Materialien wie Zahnfleisch, Zahnpasta oder die Zahnbürste.

There's lubrication -- the form of saliva and water --

Durch Speichel und Wasser findet auch Schmierung statt.

the dynamics of the person doing the brushing and more.

Außerdem die Art wie die Zähne geputzt werden und mehr.

I promise if we put diamonds in your toothpaste,

Wenn wir einfach Diamanten in Ihre Zahnpasta täten,

you're going to remove that plaque.

wäre der Zahnbelag sofort abgetragen.

Probably going to remove your teeth as well.

Der Zahn selbst aber vermutlich auch.

So there's a fine balance to be had between wearing the plaque away

Es ist ein schmaler Grad zwischen

dem Abtragen des Zahnbelags und der Beschädigung der Zähne.

and not damaging your teeth and gums.

Wir putzen unsere Zähne, weil wir gegessen haben.

We're brushing our teeth because we ate.

Eating is another routine thing we all do.

Essen ist auch eine alltägliche Handlung.

Seems simple enough.

Scheint einfach.

But it's another field of tribology,

Aber als Gebiet der Tribologie

and it's not so simple.

ist es gar nicht einfach.

You have the food, which will break and wear while you're eating,

Die Nahrung muss sich während des Essens zersetzen,

and that food is interacting with your teeth, your tongue,

sie interagiert mit Zähnen, Zunge,

your saliva, your throat.

Speichel und Kehle.

And all of those interactions are going to influence your experience of eating.

Und all das wird Ihre Esserfahrung beeinflussen.

I think you can all recall a moment where you tried something new

Sie haben bestimmt schon mal etwas Neues probiert

and you just found yourself going,

und sich gedacht:

„Nun, es schmeckt schon gut.

"Well, it tastes alright.

I really don't like that texture."

Aber ich mag die Konsistenz nicht.“

Tribologists are looking at lubricity, the coefficient of friction,

Tribologen untersuchen Schmierung, einen Faktor der Reibung,

as ways to connect mouth feel and texture to what you're experiencing,

um über Mundgefühl und Konsistenz Ihr Esserlebnis zu gestalten.

so that if we're changing the formulations of what we're eating and drinking

Wenn wir also Inhaltsstoffe ändern,

zum Beispiel Zucker- und Fettgehalt,

so the sugar content or fat content are different,

how does that change mouth feel?

wie ändert das das Mundgefühl?

How do we quantify that?

Wie können wir das messen?

This is what tribologists are looking to solve.

Diese Fragen versuchen Tribologen zu beantworten.

And while my colleagues were in one corner of this lab

Und während meine Kollegen in einer Ecke des Labors

looking at the fat content of yogurt,

den Fettgehalt von Joghurt untersuchten,

I was in another corner

schaute ich mir in einer anderen Hundefutter an.

studying dog food.

That lab smelled really good, by the way, let me tell you.

Ich kann Ihnen sagen, das Labor roch gut.

We all brush our teeth on a regular basis.

Wir putzen uns alle regelmäßig die Zähne.

How many of us brush our pets' teeth?

Aber wer putzt schon die Zähne seiner Haustiere?

Animals as adults commonly get periodontal disease,

Erwachsene Tiere haben häufig Zahnprobleme,

so we really should be brushing their teeth,

also sollten wir wirklich ihre Zähne putzen,

and more pet owners are starting to do this.

Mehr und mehr Tierbesitzer tun das auch.

I know my best friend is really great at brushing her cat's teeth, somehow.

Meine beste Freundin kann gut die Zähne Ihrer Katze putzen.

Good luck trying to do that with my cat.

Viel Erfolg, wenn Sie das mit meiner Katze versuchen.

So what pet food suppliers are trying to do

Daher versuchen Hersteller von Tiernahrung,

is incorporate plaque removal in things like treats.

mit Hilfe von Leckerlis, Zahnbelag zu entfernen.

If you have a dog,

Wenn Sie einen Hund haben,

you may have observed that you give a dog a treat,

wissen Sie, dass so ein Leckerli

and it magically seems to disappear after just one bite.

oft nach einem Biss verschwunden ist.

So the added challenge here is:

Also stellt sich auch das Problem:

How do you remove plaque when you have one bite?

Wie entfernt man Zahnbelag mit nur einem Biss?

I developed a benchtop test to study this problem,

Ich habe einen Test entwickelt, um das zu untersuchen.

and to do so, I had to mimic the oral system of dogs:

Dafür musste ich die Mundanatomie des Hundes nachbilden:

their teeth, plaque, saliva.

die Zähne, den Zahnbelag, den Speichel.

And I used friction and wear measurements

Ich nutzte Reibungs- und Abnutzungsmessungen,

to study the effectiveness of that treat on removing plaque.

um zu untersuchen wie gut das Leckerli Zahnbelag entfernt.

If you're sitting there right now thinking about the last time

Wenn Ihnen jetzt auffiel, dass Sie nie die Zähne Ihres Hundes putzen.

you didn't brush your dog's teeth, you're very welcome.

Gern geschehen.

But what's the big deal with tribology?

Aber warum ist Tribologie so wichtig?

Let me give you one more example.

Lassen Sie mich noch ein Beispiel nennen.

No matter where you are right now, you got to this location somehow.

Egal, wo Sie gerade sind, Sie sind irgendwie dorthin gekommen.

Maybe you walked or rode your bike,

Vielleicht zu Fuß oder mit dem Rad,

but for most people in this room, you probably came in a car.

aber die meisten in diesem Raum sind wohl mit dem Auto hier.

Just think about all the tribological systems in a car.

Denken Sie an all die tribologischen Systeme in einem Auto.

You have your personal interactions with the car,

Ihre persönliche Interaktion mit dem Auto,

the car's interactions with the road

die Interaktion zwischen Auto und Straße

and everything under the hood and in the drivetrain.

und alles unter der Motorhaube und im Antriebsstrang.

Some routine maintenance is directly connected to tribology.

Einige routinemäßige Wartungsarbeiten sind direkt mit Tribologie verbunden.

You know how many miles your tires are recommended for using

Sie wissen, wie viele Kilometer Sie mit Ihren Reifen fahren können

before you replace them.

bis diese ersetzt werden müssen.

You regularly check the treads on those tires.

Sie überprüfen regelmäßig das Reifengewinde.

You're actively monitoring the wear of your tires.

Sie überprüfen die Abnutzung Ihrer Reifen.

Tribology is the study of wear and friction,

Tribologie ist die Lehre der Abnutzung und Reibung

and with tires, friction can be the difference between a safe arrival

und bezüglich Reifen, kann Reibung entscheiden,

ob man sicher ankommt oder einen Unfall hat.

and a car accident.

This is because the friction between your tires and the road

Denn die Reibung zwischen Reifen und Straße

will influence your acceleration, your deceleration

beeinflusst Beschleunigung, Abbremsung

and your stopping distance.

und den Bremsweg.

As a driver, you instinctively already know how important friction is,

Als Fahrer wissen Sie instinktiv wie wichtig Reibung ist,

because you know that when the roads are wet,

denn Sie wissen, dass eine nasse Straße

they're more dangerous because they're slippery.

glatt und somit gefährlicher ist.

This is because the water is reducing the friction

Weil das Wasser die Reibung zwischen Reifen und Straße vermindert.

between your tires and the road.

You may recall that friction is the force that opposes motion,

Reibung ist die Gegenkraft zu Bewegung,

so water reducing that force means it's now easier for you to move,

wenn also Wasser diese Kraft verringert, bewegen Sie sich leichter,

hence it's more slippery when the roads are wet.

daher ist es glatter, wenn die Straße nass ist.

Something else to consider

Bedenken Sie außerdem,

is that overcoming friction takes energy,

dass es Energie kostet, Reibung zu überwinden,

so you're losing energy to friction.

also verlieren Sie durch Reibung Energie.

This is one way your tires can influence your fuel efficiency.

So können Ihre Reifen Ihre Energieeffizienz beeinflussen.

And, in fact, did you know that about one-third of the fuel

Wussten Sie, dass etwa ein Drittel des Treibstoffs,

that you put into your internal combustion engine vehicle

das Sie in Ihren Verbrennungsmotor geben,

will be spent overcoming friction?

gebraucht wird, um Reibung zu überwinden.

One-third.

Ein Drittel.

Tribology research has helped us reduce friction

Tribologische Forschung half uns Reibung zu reduzieren,

and therefore increase fuel efficiency and reduce emissions.

und so Energieeffizienz zu erhöhen und Emissionen zu verringern.

Holmberg and Erdemir have actually done some great studies

Holmberg und Erdemir machten einige tolle Studien,

showing the impact tribology research can have

die den Einfluss von Tribologie auf Energieverbrauch zeigen.

on reducing our energy consumption.

And they found that, looking over the span of 20 years,

Sie zeigten, dass wir in 20 Jahren

we had the opportunity to reduce

den Energieverbrauch von Passagierfahrzeugen

the energy consumption of passenger vehicles

up to 60 percent.

um bis zu 60 Prozent verringern konnten.

When you think about all the cars in the world,

Bedenkt man all die Autos dieser Welt,

that's a lot of energy we can save.

spart das sehr viel Energie.

It's part of the nearly nine percent of our current global energy consumption

Es sind Teil der neun Prozent unseres globalen Energieverbrauchs,

that the authors identified tribology can help us save.

die den Autoren zufolge durch Tribologie gespart werden können.

That's a significant amount of energy.

Das ist eine bedeutende Menge Energie.

So when you look at the numbers, tribology can do some amazing things.

Also, wenn Sie sich die Zahlen anschauen, vollbringt Tribologie erstaunliche Dinge.

My colleagues have identified up to 20 quads of energy

Meine Kollegen identifizierten 20 Quads Energie,

we can save across the US alone.

die wir allein in den USA sparen können.

To put this in perspective:

Zum Vergleich:

one quad of energy is roughly equivalent to 180 million barrels of oil,

Ein Quad Energie sind etwa 180 Millionen Fässer Öl

and tribology can help us save 20 times that.

und mit Tribologie können wir das 20-fache einsparen.

This is through new materials, new lubricants,

Das geht durch neue Materialien,

neue Schmiermittel,

novel component design,

Neugestaltung der Komponenten,

doing things like making wind turbines more efficient and reliable.

was zum Beispiel Windkraftanlagen effizienter und zuverlässiger macht.

Das kann man erreichen, indem man 31 Menschen in einem Raum setzt,

This happened just by putting 31 people in a room

who viewed the world through a tribology lens.

die die Welt aus tribologischen Gesichtspunkten betrachen.

Imagine the opportunities that will reveal themselves

Denken Sie nur an die Möglichkeiten,

as more of us start to see tribology all around.

wenn mehr von uns Tribologie um sich herum sehen.

My favorite projects right now are in aerospace applications.

Meine derzeitigen Lieblingsprojekte sind Anwendungen in der Raumfahrt.

I love reducing wear and friction in these challenging environments.

Ich liebe es, in so schwierigen Umgebungen Abnutzung und Reibung zu reduzieren.

I can make materials and parts

Ich kann Materialien und Teile machen,

that will reduce the friction in moving components and engines

die Reibung in beweglichen Komponenten und Motoren reduzieren,

so that they have less force opposing their motion.

sodass weniger Kraft Ihrer Bewegung entgegenwirkt.

Less force to move means they require less power,

Weniger Gegenkraft zur Bewegung, heißt sie brauchen weniger Energie,

so you can use a smaller actuator,

also reicht ein kleinerer Antrieb,

which would weigh less,

der weniger wiegt und Energie spart.

which saves fuel.

I can also help make parts that last longer through lower wear.

Ich kann auch Teile machen, die durch geringere Abnutzunge länger halten.

This will reduce material waste

Das reduziert Abfall

and also means we're manufacturing the parts less frequently,

und heißt auch, dass wir seltener Teile herstellen

so we're saving energy in manufacturing.

und bei der Herstellung Energie sparen.

I encourage you to start seeing tribology in the world around you

Ich will Sie ermutigen, auf Tribologie in Ihrer Umwelt zu achten

and to think about how you would improve those interacting surfaces you experience.

und über mögliche Verbesserungen der Oberflächen nachzudenken.

Even the smallest improvements

Selbst die kleinsten Verbesserungen

really add up.

bewirken Großes.

Tribology may be a funny-sounding word,

Tribologie klingt vielleicht komisch,

but it has a huge impact on our world.

aber sie beeinflusst unsere Welt enorm.

Thank you.

Vielen Dank.

(Applause)

(Applaus)