El familiar chirrido de las suelas de goma sobre un suelo duro no es sólo fricción en el trabajo: una nueva investigación revela que es un fenómeno sorprendentemente complejo que implica movimientos increíblemente rápidos e incluso pequeñas descargas eléctricas. Publicado en Nature el 25 de febrero, el estudio realizado por investigadores de Harvard, Nottingham y el Centro Nacional Francés de Investigación Científica sugiere que los materiales blandos como el caucho no se deslizan suavemente. En cambio, el movimiento se produce en ráfagas rápidas y repetitivas llamadas “pulsos de deslizamiento de apertura”, que generan las vibraciones que escuchamos como chirridos.
Más allá del Stick-slip: cómo se mueve realmente el caucho
Los modelos tradicionales de fricción a menudo se basan en el concepto de “stick-slip”: las superficies se enganchan y se liberan repetidamente. Esto explica bastante bien los chirridos de los frenos de las bicicletas o de las bisagras de las puertas. Sin embargo, el caucho se comporta de manera diferente. En lugar de un deslizamiento uniforme, el movimiento se concentra en pulsos localizados que se desprenden y se vuelven a unir a lo largo del área de contacto. Esto no sólo produce ruido; también crea condiciones en las que pueden aparecer chispas en miniatura, parecidas a relámpagos.
El equipo utilizó imágenes ópticas de alta velocidad y audio sincronizado para observar esto en acción y descubrió que la forma de la goma, no sólo su movimiento, dicta el tono del chirrido. Los bloques de goma planos producen un “silbido” irregular, mientras que las crestas canalizan los pulsos en un ciclo repetitivo, fijando el sonido en una frecuencia específica. De hecho, los investigadores pudieron reproducir el tema de Star Wars usando bloques de diferentes alturas, demostrando con qué precisión se puede controlar la frecuencia de los chirridos.
La sorprendente conexión con los terremotos
No se trata sólo de un mejor diseño de calzado. Los pulsos de deslizamiento observados en los experimentos comparten características clave con los frentes de ruptura en los terremotos, donde secciones de una falla se rompen repentinamente y se deslizan a velocidades extremas. Según el coautor del estudio, Shmuel Rubinstein, la física es “sorprendentemente similar”, a pesar de que la fricción suave generalmente se considera lenta. Este hallazgo podría mejorar nuestra comprensión de la dinámica de los terremotos.
“La fricción suave generalmente se considera lenta, pero demostramos que el chirrido de una zapatilla puede propagarse tan rápido o incluso más rápido que la ruptura de una falla geológica”.
Implicaciones para la ingeniería y la ciencia de materiales
La investigación también abre puertas para diseñar superficies que puedan cambiar entre estados resbaladizos y adherentes según sea necesario. Comprender cómo funcionan estos impulsos de deslizamiento podría conducir a materiales con coeficientes de fricción ajustables dinámicamente. El análisis detallado de la fricción a microescala realizado por el equipo proporciona una comprensión más profunda de cómo interactúan los materiales, lo que tiene implicaciones más allá de los productos de consumo.
Los hallazgos demuestran que fenómenos aparentemente simples, como el chirrido de un zapato, pueden revelar física fundamental con implicaciones de gran alcance. El estudio desafía suposiciones arraigadas sobre la fricción de materiales blandos y podría remodelar nuestra comprensión tanto de los sucesos cotidianos como de los eventos geológicos a gran escala.
