Инженеры Гарварда раскрыли секрет скрипа баскетбольных кроссовок: сверхзвуковые импульсы и мини-молнии

Инженеры Гарвардской школы инженерных и прикладных наук вместе с коллегами из Ноттингемского университета и CNRS выяснили, почему баскетбольные кроссовки издают характерный писк на паркете. Оказалось, что звук рождается не из простого чередования сцепления и скольжения, а из сверхзвуковых импульсов отрыва — так называемых opening slip pulses. Эти импульсы быстро распространяются вдоль границы резины и твердой поверхности, вызывая локальные отрывы и повторные прилипания на скоростях, близких или превышающих скорость звука в материале.

В отличие от классических моделей трения, где предполагается равномерное или случайное проскальзывание, в мягкой резине на жесткой подложке движение концентрируется в узких зонах. Там возникают быстрые «морщины» отрыва, которые движутся рывками. Геометрия протектора — особенно высота и расположение ребер — жестко задает частоту этих импульсов: чем выше ребра, тем чище и выше тон писка. Плоские сплошные блоки резины дают хаотичные импульсы и глухой шелест, а ребристая структура направляет волны, превращая их в четкий звук.

Для наблюдения использовали высокоскоростную оптику (до миллиона кадров в секунду) и синхронизированную аудиозапись. Эксперименты проводили с настоящими баскетбольными кроссовками и специально изготовленными резиновыми блоками на стеклянной поверхности. В ряде случаев трение приводило к крошечным трибоэлектрическим разрядам — миниатюрным молниям. Эти вспышки иногда запускали импульсы скольжения, хотя сами по себе они не были главным источником звука. Разряды демонстрируют, насколько сильно накапливается электрический заряд при движении резины.

Физика процесса оказалась удивительно похожей на динамику разрывов в тектонических разломах во время землетрясений. Исследователи даже смогли настроить частоты разных резиновых блоков и вручную «сыграть» мелодию «Имперского марша» из «Звёздных войн», двигая их по стеклу.

Результаты опубликованы в журнале Nature. Открытие углубляет понимание трения в мягких материалах и открывает путь к созданию «умных» поверхностей, которые смогут по желанию переключаться между скольжением и сильным сцеплением — от бесшумной обуви до новых метаматериалов и даже моделей для изучения сейсмики.

Источник: livescience