Учёные выяснили, почему кроссовки скрипят на баскетбольной площадке

Исследователи из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук совместно с коллегами из Ноттингемского университета и Французского национального центра научных исследований установили физическую причину скрипа спортивной обуви. Результаты опубликованы 25 февраля в журнале Nature.

Ранее скрип объясняли эффектом «прилипание-скольжение»: поверхности многократно сцепляются и отрываются. Эта модель применима к твёрдым материалам, однако для мягкой резины оказалась неточной. Учёные зафиксировали иной механизм: движение концентрируется в локальных быстрых фронтах — «импульсах раскрытия и скольжения». Эти фронты распространяются по контактной зоне со сверхзвуковой скоростью, поочерёдно отрывая и вновь прижимая резину к поверхности. Возникающие вибрации воспринимаются как скрип.

Для наблюдения за процессом использовалась высокоскоростная оптическая съёмка с синхронизированной записью звука. В ряде экспериментов фиксировались электрические разряды в точках контакта — миниатюрные искры, которые в некоторых случаях инициировали импульсы скольжения.

Исследование показало, что тон скрипа определяется не скоростью движения, а геометрией подошвы. Резиновые выступы ограничивают импульсы, задавая им регулярную частоту. Чем выше выступ, тем ниже частота звука. Команда воспользовалась этой закономерностью: из блоков разной высоты была составлена последовательность, воспроизводящая тему «Имперского марша» из «Звёздных войн».

По словам соавтора работы Шмуэля Рубинштейна, скорость распространения импульсов в резине сопоставима со скоростью разрыва геологических разломов при землетрясениях. Авторы указывают на возможность практического применения результатов — в частности, для создания поверхностей с управляемым коэффициентом сцепления.