Физика объясняет, почему кроссовки скрипят на баскетбольной площадке

Подошвы обуви сморщиваются рывками, которые повторяются тысячи раз в секунду

Звуки баскетбольного матча включают в себя не только шлепки отскакивающего мяча, крики игроков и одобрительные возгласы толпы. В них также много скрипучих кроссовок. Обувь издает эти резкие звуки, когда игроки резко останавливаются или поворачиваются. Теперь физики понимают, почему.

Высокоскоростные видеозаписи показывают, что, когда обувь скользит по полу, она совершает движение, напоминающее скольжение палки. Части подошвы обуви остаются на месте, в то время как другие части соскальзывают вперед. Обувь соскальзывает рывками, так как небольшие участки подошвы слегка сминаются и отделяются от поверхности. Регулярное повторение этих импульсов и создает этот писк.

Адель Джеллули была частью команды, которая поделилась своими выводами 26 февраля в журнале Nature. Джеллули — физик-прикладник из Гарвардского университета в Кембридже, штат Массачусетс.

В своих экспериментах исследователям нужно было увидеть подошву ботинка. Поэтому они провели ею по стеклянной поверхности вместо баскетбольной площадки. На снимках, сделанных снизу, запечатлена подошва ботинка. Изображения были яркими в том месте, где подошва касалась стекла, и темными в том месте, где ботинок отрывался от стекла.Исследователи обнаружили, что при движении ботинка по стеклу пробегают импульсы морщин. Это немного напоминает движение складок по скатерти, когда вы расправляете ее. Но в обуви импульсы повторяются примерно 4800 раз в секунду!

Когда складка соприкасается с краем ботинка, она соприкасается с окружающим воздухом. Это приводит к изменению давления воздуха. Повторяющиеся удары приводят к регулярному изменению давления воздуха, создавая звуковую волну.

Частота звуковой волны определяет ее высоту. То есть, насколько она высокая или низкая. Высота скрипа обуви соответствует частоте проскальзывания ее подошвы.

Детали, связанные со скрипом

Исследователи также попробовали скользить по стеклу кусочками силиконовой резины. Это показало, что для создания звука на протекторе кроссовок необходимы выступы. Когда плоский кусочек резины двигался по стеклу, он издавал хаотичные импульсы с неравномерными интервалами. Это производило беспорядочный шум, а не отчетливый скрип.

Гребни направляют импульсы вдоль подошвы обуви и помогают их упорядочивать. Это то, что делает пульсацию равномерной. Команда Джеллули подтвердила это, проведя резиновым блоком с выступами по стеклу. Он издавал отчетливый скрип, как от обуви.Исследователи обнаружили и другие забавные факты о скрипе кроссовок.Толщина и жесткость резиновой прокладки или подошвы обуви, например, определяют высоту скрипа. Это открытие подсказывает способ создания бесшумной обуви: настроить скрип на ультразвуковой уровень. Люди не могут слышать звуки такой высоты. Сапожники могли бы добиться этого, сделав подошвы своих ботинок тонкими. Или они могли бы изменить материал, из которого изготовлена подошва обуви.Однако эти изменения могут не улучшить игру спортсменов. Кроме того, люди могут не слышать ультразвуковые сигналы, но собаки могут. Так что ваши “бесшумные” кроссовки могут сильно раздражать вашего питомца, говорит Джеллули.Исследователи также сконструировали резиновые блоки, которые издавали определенный звук. Затем они использовали эти блоки для воспроизведения “Имперского марша” из «Звездных войн» — песни, которая звучит всякий раз, когда Дарт Вейдер появляется на экране. Это открыло еще одну научную истину. Дарт Вейдер казался бы гораздо менее страшным, если бы у него были скрипучие ботинки.