Buzlu bir kaldırımda yürümeye çalışan biri, sürtünmenin ne kadar önemli olduğunu hemen fark eder. Normal koşullarda ayakkabılarımız ile yer arasındaki sürtünme, adım atarken kaymamamızı sağlar. Buz bu sürtünmeyi azalttığında ise her adım bir denge sınavına dönüşür. Sürtünme, günlük yaşamda çoğu zaman fark etmediğimiz, ancak hemen her hareketimizi etkileyen bir kuvvettir. Bir yandan araçların ve makinelerin enerjisini boşa harcar, öte yandan yürümemizi, yazı yazmamızı ve nesneleri tutmamızı mümkün kılar.

Sürtünme, birbirine temas eden iki yüzeyin birbirine göre hareketine karşı koyan bir kuvvettir. Bir kitabı masanın üzerinde ittiğimizde, kitap bir süre kaydıktan sonra durur. Bunun nedeni, kitap ile masa arasındaki sürtünmenin kitabın hareketini yavaşlatmasıdır. Eğer sürtünme olmasaydı, Galileo'nun ve Newton'ın öngördüğü gibi kitap aynı hızla sonsuza kadar kaymayı sürdürürdü. Günlük yaşamda hareket eden nesnelerin kendiliğinden durduğunu görmemizin nedeni, sürtünmenin her yerde bulunmasıdır.

Sürtünmenin kaynağı uzun süre tartışma konusu oldu. Pürüzsüz görünen yüzeyler bile mikroskop altında incelendiğinde, dağlar ve vadilerle dolu engebeli bir arazi gibi görünür. İki yüzey birbirine temas ettiğinde, aslında yalnızca bu çıkıntıların uçlarında birbirine değer. Gerçek temas alanı, görünür temas alanının çok küçük bir kısmıdır. Bu temas noktalarında atomlar arasında çekim kuvvetleri oluşur ve çıkıntılar birbirine adeta kaynaklanır. Yüzeyler kaydırılmaya çalışıldığında, bu küçük bağların kopması ve çıkıntıların birbirini aşması için kuvvet gerekir.

Sürtünmenin ilginç özelliklerinden biri, ilk bakışta sezgilerimize aykırı görünen bazı yasalara uymasıdır. On beşinci yüzyılda Leonardo da Vinci ve daha sonra on yedinci yüzyılda Fransız fizikçi Guillaume Amontons, sürtünme kuvvetinin görünür temas alanından büyük ölçüde bağımsız olduğunu gözlemledi. Yani bir tuğla, geniş yüzü üzerinde de dar yüzü üzerinde de kaydırılsa, karşılaştığı sürtünme kuvveti yaklaşık olarak aynıdır. Buna karşın sürtünme kuvveti, yüzeyleri birbirine bastıran kuvvetle orantılıdır. Tuğlanın üzerine ikinci bir tuğla konduğunda sürtünme de yaklaşık iki katına çıkar.

Bu tuhaf görünen yasalar, mikroskobik temas noktalarıyla açıklanabilir. Tuğla geniş yüzü üzerinde durduğunda ağırlığı geniş bir alana yayılır ve her çıkıntıya düşen basınç azdır. Dar yüzü üzerinde durduğunda ise ağırlık daha küçük bir alana yoğunlaşır ve çıkıntılar daha fazla ezilir. Her iki durumda da gerçek temas alanı yaklaşık olarak aynı kalır. Yüzeyleri bastıran kuvvet arttığında ise çıkıntılar daha fazla ezilir, gerçek temas alanı büyür ve sürtünme artar.

Sürtünmenin iki temel türü vardır. Durgun sürtünme, duran bir cismin hareket etmeye başlamasına karşı koyan kuvvettir. Kinetik sürtünme ise hareket eden bir cismin hareketine karşı koyan kuvvettir. Durgun sürtünme genellikle kinetik sürtünmeden daha büyüktür. Ağır bir mobilyayı itmeye çalışırken, onu harekete geçirmenin hareket ettirmeyi sürdürmekten daha zor olmasının nedeni budur. Mobilya bir kez kaymaya başladığında, aynı hızı korumak için daha az kuvvet gerekir.

Sürtünmenin enerji kaybına yol açtığı da bilinen bir gerçektir. Sürtünme sırasında hareket enerjisinin bir kısmı ısıya dönüşür. Ellerimizi birbirine sürttüğümüzde ısınmalarının nedeni budur. Atalarımız, iki tahta parçasını birbirine sürterek ateş yakmak için bu ısıdan yararlanmıştır. Ancak makinelerde bu ısı, istenmeyen bir enerji kaybıdır. Bir otomobilin motorunda üretilen enerjinin önemli bir kısmı, hareketli parçalar arasındaki sürtünme nedeniyle ısıya dönüşerek boşa harcanır.

Makinelerdeki sürtünmeyi azaltmak için çeşitli yöntemler kullanılır. Yağlayıcılar, yüzeyler arasında ince bir tabaka oluşturarak çıkıntıların doğrudan temasını engeller. Rulmanlar, kaymayı yuvarlanmaya dönüştürür; yuvarlanma sırasındaki sürtünme ise kaymaya göre çok daha azdır. Tekerleğin icadı da temelde bu ilkeye dayanır. Bazı yüksek hızlı trenler ise manyetik kuvvetler kullanarak raylara hiç değmeden ilerler ve böylece raylarla tekerlekler arasındaki sürtünmeyi tamamen ortadan kaldırır.

Öte yandan sürtünme olmasaydı, günlük yaşamımız imkânsız hâle gelirdi. Yürüyemez, araç kullanamaz, bir kalemi tutamaz ve yazı yazamazdık. Düğümler çözülür, vidalar gevşer ve çivilerle birleştirilen nesneler dağılırdı. Arabaların fren yapabilmesi ve virajlarda yoldan çıkmaması, tekerlekler ile yol arasındaki sürtünmeye bağlıdır. Kışın yollara kum ya da tuz serpilmesi ve araçlara kar lastiği takılması, bu hayati sürtünmeyi korumak içindir.

Buz üzerindeki kayganlığın nedeni de ilginç bir araştırma konusudur. Uzun süre, paten bıçağının basıncının buzu eriterek ince bir su tabakası oluşturduğu düşünüldü. Ancak hesaplamalar, bu basıncın buzun kaygan olduğu düşük sıcaklıklarda buzu eritmeye yetmeyeceğini gösterdi. Günümüzde araştırmacılar, buzun yüzeyindeki moleküllerin iç kısımdakilere göre daha az sıkı bağlanmış olduğunu ve yüzeyde sıvıya benzer ince bir tabaka bulunduğunu düşünmektedir. Bu konu hâlâ tam olarak çözülmüş değildir.

Sürtünme, fiziğin en sıradan görünen ama en karmaşık konularından biridir. Hareketin hem dostu hem düşmanı olan bu kuvvet, hem mühendislerin aşmaya çalıştığı bir engel hem de yaşamımızın vazgeçilmez bir yardımcısıdır.