Защо баскетболните маратонки скърцат? Учени разгадаха физиката зад специфичния звук

Международно изследване разкрива неочаквани прилики между триенето на спортните обувки и динамиката на земетресенията, проправяйки път към създаването на нови високотехнологични материали.

Трудно е да си представим баскетболен мач без характерното скърцане на маратонки по паркета. Тези пронизителни звуци са толкова разпознаваеми, колкото и неизбежни – благодарение на физиката на триенето. Въпреки че подобни тонове се чуват навсякъде – от свистенето на гуми и старите велосипедни спирачки до чистачките на колите – до момента съществуваха изненадващо малко изследвания върху детайлната динамика на скърцащите повърхности.

Учените знаят, че звукът се дължи на т.нар. „триене с прекъсвания“ (stick-slip friction) – циклично залепване и приплъзване между два обекта. Това обяснение обаче не обхваща всички фактори. За да проучи процеса по-дълбоко, международен екип от изследователи анализира тези физични връзки, а резултатите им, публикувани в престижното списание Nature, разкриват непозната досега динамика. Тя не само обяснява механиката на скърцането, но и открива нови възможности в области като сеизмологията и материалознанието.

„Проектът започна с прост въпрос: защо баскетболните обувки скърцат?“, споделя съавторът Адел Джелули от Инженерното училище към Харвард (SEAS). За да намери отговора, екипът използва авангардни технологии, вдъхновявайки се от експериментите на Леонардо да Винчи с триенето. Учените са използвали камери, записващи с един милион кадъра в секунда, за да документират промяната в контактните точки между гумената подметка и стъклена повърхност.

Резултатите опровергават досегашните теории. Оказва се, че честотата на скърцане не е случайна, а се определя от скоростта на разпространение на импулсите, която зависи от твърдостта и дебелината на гумата. Геометрията на повърхността също играе ключова роля. Изследователите са усвоили тези зависимости толкова добре, че чрез подреждане на гумени блокове с различна височина са успели „да изсвирят“ ръчно темата на Дарт Вейдър от „Междузвездни войни“.

Освен за създаването на по-тихи обувки, откритието ще помогне за разработването на метаматериали с регулируемо триене, които могат да преминават от състояние на ниско триене към високо сцепление при нужда. Рамките на проучването достигат и до сеизмологията: същата физика на импулсите се наблюдава при земетресения, когато тектоничните разломи се разкъсват със скорости, понякога надвишаващи тази на звука.