Пронзительный скрип кроссовок на баскетбольной площадке – это не просто побочный эффект игры, а сложный физический феномен, который, наконец, был изучен исследователями из Гарвардского университета. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature 26 февраля, показывает, что звук возникает не из-за случайного трения, а из-за быстрого движения типа «прилипание-скольжение» внутри подошвы обуви.
Механизм прилипания-скольжения
Анализ видеосъёмки с высокой скоростью показывает, что когда обувь поворачивается или резко останавливается, её подошва не скользит плавно. Вместо этого некоторые части резины сцепляются с полом, в то время как другие на мгновение прилипают, а затем быстро отрываются. Эти импульсы создают волны, которые распространяются по подошве с поразительной скоростью – примерно 4800 раз в секунду. Каждая волна воздействует на окружающий воздух, вызывая изменения давления, которые преобразуются в скрипящую звуковую волну.
«Частота звука соответствует ритму этих импульсов скольжения», – объясняет Адель Джелули, прикладной физик, участвовавший в исследовании.
Это означает, что высота скрипа не случайна; она напрямую связана со скоростью, с которой подошва скользит и цепляется.
Роль рисунка протектора
Исследователи обнаружили, что дизайн протектора обуви имеет решающее значение. Плоский резиновый блок, скользящий по поверхности, производит только хаотичный, приглушённый шум. Однако, когда присутствуют гребни, они направляют эти импульсы скольжения, организуя их в регулярный узор. Эта организация и создаёт характерный, пронзительный скрип. Протестировав блоки с гребнями и без них, команда подтвердила, что протектор направляет импульсы, делая их последовательными.
Последствия и будущие применения
Исследование также показало, что толщина и жёсткость материала подошвы влияют на высоту скрипа. Это открывает возможность разработки «бесшумных» кроссовок, настраивая частоту в ультразвуковой диапазон, неслышимый для человека. Однако Джелули отмечает, что такая обувь может раздражать четвероногих компаньонов, которые могут обнаруживать эти частоты.
В качестве шутливой демонстрации исследователи даже использовали изготовленные на заказ резиновые блоки, чтобы сыграть «Поход имперцев» из Звёздных войн, доказав, что присутствие Дарта Вейдера было бы гораздо менее устрашающим с скрипящей обувью.
Это исследование подчёркивает, что даже кажущиеся обыденными звуки, такие как скрип кроссовок, подчиняются фундаментальным физическим принципам. Полученные результаты могут привести к новым материалам и конструкциям спортивной обуви, хотя остаётся неясным, выиграют ли спортсмены от тишины.
