Il familiare cigolio delle suole di gomma su un pavimento duro non è solo attrito in azione: una nuova ricerca rivela che si tratta di un fenomeno sorprendentemente complesso che coinvolge movimenti incredibilmente rapidi e persino minuscole scariche elettriche. Pubblicato su Nature il 25 febbraio, lo studio condotto da ricercatori di Harvard, Nottingham e del Centro nazionale francese per la ricerca scientifica suggerisce che i materiali morbidi come la gomma non scivolano facilmente. Invece, il movimento avviene in raffiche rapide e ripetute chiamate “impulsi di scorrimento di apertura”, che generano le vibrazioni che sentiamo come cigolii.
Oltre lo Stick-Slip: come si muove effettivamente la gomma
I modelli tradizionali di attrito spesso si basano sul concetto di “stick-slip”: le superfici si agganciano e si staccano ripetutamente. Questo spiega abbastanza bene i cigolii dei freni della bicicletta o dei cardini delle porte. Tuttavia, la gomma si comporta diversamente. Invece di uno scorrimento uniforme, il movimento si concentra in impulsi localizzati che si staccano e si riattaccano attraverso l’area di contatto. Questo non produce solo rumore; crea anche condizioni in cui possono apparire scintille in miniatura, simili a fulmini.
Il team ha utilizzato immagini ottiche ad alta velocità e audio sincronizzato per osservarlo in azione, scoprendo che è la forma della gomma, non solo il suo movimento, a dettare il tono del cigolio. I blocchi di gomma piatti producono un “sibilo” irregolare, mentre le creste incanalano gli impulsi in un ciclo ripetuto, bloccando il suono in una frequenza specifica. In effetti, i ricercatori sono riusciti a riprodurre il tema Star Wars utilizzando blocchi di diverse altezze, dimostrando come sia possibile controllare con precisione la frequenza del cigolio.
La sorprendente connessione con i terremoti
Non si tratta solo di un migliore design delle scarpe. Gli impulsi di scorrimento osservati negli esperimenti condividono caratteristiche chiave con i fronti di rottura nei terremoti, dove sezioni di una faglia si rompono improvvisamente e scivolano a velocità estreme. Secondo il coautore dello studio Shmuel Rubinstein, la fisica è “sorprendentemente simile”, nonostante l’attrito morbido sia solitamente considerato lento. Questa scoperta potrebbe migliorare la nostra comprensione della dinamica dei terremoti.
“L’attrito morbido è solitamente considerato lento, eppure dimostriamo che il cigolio di una scarpa da ginnastica può propagarsi velocemente quanto, o anche più velocemente, della rottura di una faglia geologica.”
Implicazioni per l’ingegneria e la scienza dei materiali
La ricerca apre anche le porte alla progettazione di superfici che possono passare dallo stato scivoloso a quello aderente su richiesta. Comprendere come funzionano questi impulsi di scorrimento potrebbe portare a materiali con coefficienti di attrito regolabili dinamicamente. L’analisi dettagliata dell’attrito su microscala effettuata dal team fornisce una comprensione più profonda di come interagiscono i materiali, il che ha implicazioni che vanno oltre i prodotti di consumo.
I risultati dimostrano che fenomeni apparentemente semplici come una scarpa che cigola possono rivelare la fisica fondamentale con implicazioni di vasta portata. Lo studio mette in discussione le ipotesi di lunga data sull’attrito dei materiali morbidi e potrebbe rimodellare la nostra comprensione sia degli eventi quotidiani che degli eventi geologici su larga scala.
