Známé skřípání gumové podrážky na tvrdém povrchu není jen tření v akci: nový výzkum ukazuje, že jde o překvapivě komplexní jev, který zahrnuje neuvěřitelně rychlé pohyby a dokonce i drobné elektrické výboje. Studie publikovaná v časopise Nature 25. února vědci z Harvardu, Nottinghamu a Francouzského národního centra pro vědecký výzkum naznačuje, že měkké materiály, jako je pryž, nekloužou hladce. Místo toho k pohybu dochází v rychlých, opakovaných pulzech nazývaných „pulzy uvolnění“, které generují vibrace, které slyšíme jako skřípání.
Beyond Sticky-Slip: Jak se guma skutečně pohybuje
Tradiční třecí modely často spoléhají na koncept stick-slip: povrchy se opakovaně zabírají a uvolňují. To docela dobře vysvětluje vrzání od brzd jízdních kol nebo pantů dveří. Guma se však chová jinak. Namísto rovnoměrného klouzání se pohyb soustředí do lokalizovaných impulsů, které se přeruší a znovu přichytí po celé kontaktní ploše. To nejen vytváří hluk, ale také vytváří podmínky, ve kterých se mohou objevit miniaturní jiskřičky podobné blesku.
Tým použil vysokorychlostní optické zobrazování a synchronizovaný zvuk, aby to sledoval v akci, přičemž zjistil, že tvar gumy, nejen její pohyb, určoval výšku pískání. Ploché pryžové bloky produkují nerovnoměrné “hučení”, zatímco žebra směrují impulsy v opakujícím se cyklu a uzamknou zvuk na určité frekvenci. Ve skutečnosti byli vědci schopni reprodukovat téma Star Wars pomocí bloků různých výšek, což dokazuje, jak přesně lze ovládat frekvenci skřípání.
Spojení s překvapivými zemětřeseními
Nejde jen o lepší design bot. Uvolňovací pulsy pozorované v experimentech mají klíčové rysy společné s frontami protržení zemětřesením, kde se zlomové úseky náhle zlomí a sklouznou extrémní rychlostí. Podle spoluautora studie Shmuela Rubinsteina je fyzika „pozoruhodně podobná“ navzdory skutečnosti, že jemné tření je obecně považováno za pomalé. Tento objev by mohl zlepšit naše chápání dynamiky zemětřesení.
“Jemné tření je obvykle považováno za pomalé, ale ukazujeme, že vrzání tenisky se může šířit stejně rychle nebo dokonce rychleji než prasknutí geologického zlomu.”
Důsledky pro inženýrství a vědu o materiálech
Výzkum také otevírá možnost vývoje povrchů, které mohou na požádání přepínat mezi kluzkým a přilnavým stavem. Pochopení toho, jak tyto uvolňovací impulsy fungují, by mohlo vést k materiálům s dynamicky řízenými koeficienty tření. Podrobná analýza tření v mikroměřítku týmu poskytuje hlubší pochopení toho, jak materiály interagují, což má důsledky i mimo spotřebitelské produkty.
Výsledky ukazují, že zdánlivě jednoduché jevy, jako jsou vrzající boty, mohou odhalit základní fyziku s dalekosáhlými důsledky. Výzkum zpochybňuje zažité předpoklady o tření v měkkých materiálech a má potenciál změnit naše chápání každodenních jevů i rozsáhlých geologických událostí.
