Fizica din spatele scârțâitului adidașilor: Cum se poate reda muzica din Star Wars

Suntem cu toții familiarizați cu scârțâitul ascuțit al adidașilor de baschet pe teren sau cu zgomotul cauciucurilor care frânează brusc pe asfalt. Cercetătorii au efectuat mai multe experimente și au descoperit că geometria modelului de pe talpa adidașilor determină frecvența scârțâitului. Această descoperire le-a permis să creeze blocuri de cauciuc calibrate la frecvențe specifice, pe care le-au alunecat pe suprafețe de sticlă pentru a reda „Marșul Imperial” din Star Wars.

„Ajustarea comportamentului de frecare în timp real a fost un vis vechi al inginerilor,” a declarat coautoarea Katia Bertoldi de la Universitatea Harvard. „Această nouă înțelegere a modului în care geometria suprafeței guvernează impulsurile de alunecare deschide calea către materiale metamateriale cu frecare reglabilă, care pot trece de la stări de frecare scăzută la aderență înaltă la cerere.” Mai mult, dinamica dezvăluită de aceste rezultate este similară cu cea a falilor tectonice, oferind astfel oamenilor de știință un nou model pentru mecanica cutremurelor, conform noului lor articol publicat în revista Nature.

Leonardo da Vinci este adesea creditat cu efectuarea primului studiu sistematic al frecării la sfârșitul secolului al XV-lea, un subdomeniu acum cunoscut sub numele de tribologie, care se ocupă cu dinamica suprafețelor interacționând în mișcare relativă. Notele lui da Vinci descriu cum a tras rânduri de blocuri folosind greutăți și scripeți, o abordare care este încă utilizată în studiile despre frecare, examinând de asemenea frecarea produsă în filetele șuruburilor, roțile și axele. Autorii acestui ultim articol au folosit un set experimental similar cu cel al lui da Vinci.

Scârțâitul adidașilor pe un teren de sport este de obicei atribuit frecării, în special unei varietăți de tipul stick-slip, care implică cicluri de aderență și alunecare între două suprafețe. Dar acest model este cel mai potrivit pentru interfețele care implică două obiecte rigide, cum ar fi balamalele care scârțâie. Alunecarea talpilor adidașilor pe un teren de sport implică un obiect dur (pardoseala) și unul moale (talpa adidașului). Bertoldi și colegii săi au dorit o înțelegere mai completă a dinamicii interfețelor moi-pe-rigid.

Inițial, echipa a alunecat adidași de baschet comerciali (Nike CU3503-100) pe o placă de sticlă netedă și uscată, captând simultan sunetul și imaginile vizuale ale ceea ce se întâmpla între talpă și sticlă (adică interfața de frecare). Au identificat impulsuri de deschidere care călătoreau în direcția alunecării în mod neuniform, rezultând în separări locale temporare supersonice între talpa adidașilor și placa de sticlă. Aceste scârțâituri audibile nu sunt aleatorii; frecvența este determinată de rata de repetiție a impulsurilor generate.

Pentru a testa mai departe această ipoteză, Bertoldi și colegii săi au creat propriile blocuri din cauciuc siliconic: unul cu o suprafață de alunecare plată și altul cu nervuri subțiri paralele, asemănătoare cu tălpile adidașilor. După alunecarea ambelor versiuni pe aceeași placă de sticlă uscată, au descoperit că ambele generau constant impulsuri de-a lungul interfeței de frecare în timpul alunecării.

Sursa: Ars Technica

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România