У многих баскетбол и другие виды спорта ассоциируются, в первую очередь, со скрипом кроссовок на поле — но откуда появляется этот характерный звук? Портал livescience.com рассказал об исследовании, которое, возможно, нашло ответ.
Новая научная работа, опубликованная в журнале Nature, обнаружила, что мягкая резина не скользит так, как думают многие люди. Подошва не прилипает и не отрывается от пола целиком за раз — движения стопы сминают ее, что приводит к появлению коротких, ритмичных сокращений резины по площади контакта с полом. А они, в свою очередь, генерируют вибрации, которые человеческий слух воспринимает как скрип.
Ученые раньше объясняли скрип обуви, велосипедных тормозов и шин прерывистым трением — циклом, в ходе которого поверхности регулярно цепляются друг за друга и отцепляются. Подобная модель работает для многих твердых систем, вроде дверных петель. Но мягкие материалы, такие как резина, обладают иными свойствами при скольжении по жестким поверхностям.
Для того, чтобы понять физику процесса, сотрудники Школы инженерии и прикладных наук Гарварда совместно с Ноттингемским университетом и французским Национальным центром научных исследований провели эксперимент. С помощью высокоскоростной оптической визуализации и синхронизированного аудио они изучили, как мягкая резина быстро двигается по гладкому стеклу.
Правда, в итоге они увидели не гладкое скольжение, а поступательные движения, которые перемещали подошву рывками. Помимо этого, опыт открыл новые подробности о физике трения. При классическом прерывистом трении соприкасающиеся поверхности то прилипают, то отрываются, но в данном эксперименте движение было более локализованным. Лишь маленькие регионы подошвы прилипали и отлипали от стекла, пока другие сохраняли полный контакт.
В ходе ряда экспериментов авторы работы также видели, как трение приводит к появлению крошечных искр. Они не были основным источником скрипучего звука, но продемонстрировали, как электрическая энергия может накапливаться в системе, где двигается резина.
Исследователи также утверждают, что на тон скрипа больше влияет форма резины, чем само движение. Например, у плоской подошвы сокращения были нерегулярными, что генерировало более глубокий, широкий звук. Но когда ученые вырезали на резине борозды, они послужили своего рода изоляторами, и звуки получались более высокими. При этом борозды позволяли добиться постоянных, стабильных звуков, что позволило ученым воспроизвести целые мелодии на слух.
Примечательно, что у открытий, совершенных авторами работы, есть перспективы и за пределами дизайна обуви. По механизму сокращения подошвы похожи на эпицентры землетрясений, где секции разломов внезапно ломаются и скользят на очень высокой скорости.
]]>
