Пока он наблюдал за игрой «Бостон Селтикс» с трибун в «ТД Гарден», слух Аделя Джеллули постоянно доносился до какого-то шума.
«Этот визг, когда игроки скользят по полу, встречается повсеместно», — сказал он. «Оно всегда здесь, верно?»
Скрипящая обувь является частью симфонии баскетбольного матча: резиновые подошвы царапают паркетный пол, когда игроки наступают, режут и крутятся, а защитники передвигают ноги, чтобы не отставать от своей задачи.
Вернувшись домой после игры, Джеллули задался вопросом, как издается этот звук. И как ученый-материаловед из Гарвардского университета, у него была возможность это выяснить.
Джеллули и его коллеги снова и снова скользили тапком по гладкой стеклянной пластине. Они записывали скрипы на микрофон и снимали все на высокоскоростную камеру, чтобы увидеть, что происходит под ботинком.
В исследовании, опубликованном в среду в журнале Nature, они описали то, что обнаружили. Пока обувь пытается сохранить сцепление с дорогой, небольшие участки подошвы меняют форму: они на мгновение теряют, а затем снова вступают в контакт с землей тысячи раз в секунду с частотой, соответствующей высоте громкого скрипа, который мы слышим.
«Этот скрип, по сути, вызван движением вашей обуви или образованием складок, которые движутся очень быстро. Они повторяются с высокой частотой, и именно поэтому вы слышите этот скрип», — сказал Джеллули.
Рисунок сцепления подошвы также может сыграть роль. Когда исследователи приложили к стеклу блоки плоской, безликой резины, они увидели серию хаотичных, неорганизованных волн, но не услышали скрипов.
Ребристые конструкции на подошве обуви позволяют организовать взрывы для получения чистого и высокого звука.
Другие исследователи уже изучали подобные порывы ветра, но в этом исследовании кроссовок изучается трение, возникающее на гораздо более высоких скоростях. И впервые он связывает быстрые импульсы с визжащим звуком, который они производят.
Эти идеи служат не только удовлетворению любопытства баскетбольного болельщика. Они также могут помочь ответить на важные практические вопросы. «Трение — одна из старейших и наиболее сложных проблем физики», — написал физик Барт Вебер в редакционной статье, сопровождающей новое исследование. Однако, несмотря на его практическую важность, писал он, «его трудно предсказать и контролировать».
Лучшее понимание трения может помочь ученым лучше понять, как тектонические плиты Земли скользят и измельчаются, например, во время землетрясений, или экономить энергию за счет уменьшения трения и износа.
Это также может помочь избежать моментов за пределами площадки, когда скрипящая обувь может быть немного неудобной или смущающей, например, в тихом офисном коридоре.
Это исследование не предлагает решения, хотя в Интернете есть много советов, которые могут быть рискованными, например, натирать ступни мылом или сушилкой. Но некоторые выводы исследования могут помочь в будущем разработать обувь без скрипа.
Например, дополнительный эксперимент показал, что изменение толщины резины может сделать звук скрипа тише или выше. Сможем ли мы в будущем настроить нашу обувь так, чтобы она скрипела так высоко, что мы ее даже не слышим?
«Теперь мы можем начать его проектировать», — сказал в интервью Вебер, который работает в Центре перспективных исследований нанолитографии и Амстердамском университете. «Мы можем начать создавать интерфейсы, которые будут делать это, если мы хотим услышать этот звук, или не делать этого, если мы не хотим его слышать».
___
Департамент здравоохранения и науки Associated Press получает поддержку от Департамента научного образования Медицинского института Говарда Хьюза и Фонда Роберта Вуда Джонсона. AP несет полную ответственность за весь контент.
