Почему новая обувь так неприятно скрипит?

Баскетбол и другие виды спорта у многих ассоциируются прежде всего со скрипом кроссовок на поле – но откуда этот характерный звук? Портал livescience.com сообщил об исследовании, которое, возможно, позволило найти ответ.

Ученые ранее связывали скрип обуви, велосипедных тормозов и шин с прерывистым трением, циклом, при котором поверхности регулярно зацепляются и отрываются. Подобная модель работает для многих твердых систем, таких как дверные петли. Но мягкие материалы, такие как резина, имеют разные свойства при скольжении по твердым поверхностям.

Чтобы понять физику процесса, сотрудники Гарвардской школы инженерии и прикладных наук совместно с Ноттингемским университетом и Национальным центром научных исследований Франции провели эксперимент. Используя высокоскоростную оптическую визуализацию и синхронизированный звук, они изучили, как мягкая резина быстро движется по гладкому стеклу.

Правда, в итоге они увидели не плавное скольжение, а поступательные движения, которые двигали подошву рывками. Кроме того, опыт выявил новые подробности о физике трения. При классическом трении скольжением контактирующие поверхности либо прилипают, либо отрываются, но в этом эксперименте движение было более локализованным. Лишь небольшие участки подошвы прилипли и оторвались от стекла, в то время как другие сохраняли полный контакт.

В ходе серии экспериментов авторы работы также увидели, как трение приводит к появлению крошечных искр. Они не были основным источником скрипящего звука, но они продемонстрировали, как электрическая энергия может храниться в системе, в которой движется резина.

Исследователи также говорят, что на тон скрипа больше влияет форма накладки, чем сам механизм. Например, плоская подошва сокращалась неравномерно, что приводило к более глубокому и широкому звуку. Но когда ученые вырезали в резине канавки, они служили своего рода изолятором, и звуки были выше. В то же время канавки позволяли добиваться постоянных, устойчивых звуков, что позволяло ученым воспроизводить на слух целые мелодии.

Примечательно, что открытия, сделанные авторами работы, имеют перспективы, выходящие за рамки дизайна обуви. Механизм сжатия подошв подобен эпицентрам землетрясений, где участки разломов внезапно ломаются и скользят с очень большой скоростью.