Het bekende gepiep van rubberen zolen op een harde vloer is niet alleen maar wrijving op het werk; uit nieuw onderzoek blijkt dat het een verrassend complex fenomeen is dat gepaard gaat met ongelooflijk snelle bewegingen en zelfs kleine elektrische ontladingen. Het onderzoek, gepubliceerd in Nature op 25 februari, door onderzoekers van Harvard, Nottingham en het Franse Nationale Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek suggereert dat zachte materialen zoals rubber niet soepel glijden. In plaats daarvan vindt de beweging plaats in snelle, zich herhalende uitbarstingen die ‘openingsslippulsen’ worden genoemd en die de trillingen genereren die we als piepgeluiden horen.
Beyond Stick-Slip: hoe rubber daadwerkelijk beweegt
Traditionele wrijvingsmodellen vertrouwen vaak op het ‘stick-slip’-concept: oppervlakken blijven herhaaldelijk haken en breken los. Dit verklaart het piepen van fietsremmen of deurscharnieren goed genoeg. Rubber gedraagt zich echter anders. In plaats van gelijkmatig te glijden, concentreert de beweging zich in gelokaliseerde pulsen die over het contactgebied loskomen en weer vastmaken. Dit produceert niet alleen geluid; het creëert ook omstandigheden waarin miniatuur, bliksemachtige vonken kunnen verschijnen.
Het team maakte gebruik van snelle optische beeldvorming en gesynchroniseerde audio om dit in actie te observeren. Ze ontdekten dat de vorm van het rubber, en niet alleen de beweging, de toonhoogte van het piepende geluid dicteert. Platte rubberen blokken produceren een onregelmatige “whoosh”, terwijl ribbels de pulsen in een zich herhalende cyclus kanaliseren, waardoor het geluid op een specifieke frequentie wordt vergrendeld. De onderzoekers konden het Star Wars -thema zelfs spelen met blokken van verschillende hoogtes, wat bewijst hoe nauwkeurig de piepfrequentie kan worden gecontroleerd.
Het verrassende verband met aardbevingen
Dit gaat niet alleen over een beter schoenontwerp. De slippulsen die in de experimenten zijn waargenomen, hebben belangrijke kenmerken gemeen met breukfronten bij aardbevingen, waarbij delen van een breuk plotseling breken en met extreme snelheden wegglijden. Volgens co-auteur Shmuel Rubinstein is de natuurkunde “opvallend vergelijkbaar”, ondanks dat zachte wrijving doorgaans als langzaam wordt beschouwd. Deze bevinding zou ons begrip van de dynamiek van aardbevingen kunnen verbeteren.
“Zachte wrijving wordt gewoonlijk als langzaam beschouwd, maar toch laten we zien dat het piepen van een sneaker zich net zo snel kan voortplanten als, of zelfs sneller dan, het scheuren van een geologische breuk.”
Implicaties voor techniek en materiaalkunde
Het onderzoek opent ook deuren voor het ontwerpen van oppervlakken die op verzoek kunnen schakelen tussen gladde en gripvaste toestanden. Inzicht in de werking van deze slippulsen zou kunnen leiden tot materialen met dynamisch instelbare wrijvingscoëfficiënten. De gedetailleerde analyse van wrijving op microschaal door het team geeft een dieper inzicht in de interactie tussen materialen, wat implicaties heeft die verder gaan dan consumentenproducten.
De bevindingen tonen aan dat ogenschijnlijk eenvoudige fenomenen zoals een piepende schoen fundamentele natuurkunde met verstrekkende gevolgen kunnen onthullen. De studie stelt lang gekoesterde aannames over wrijving tussen zacht materiaal ter discussie en zou ons begrip van zowel alledaagse gebeurtenissen als grootschalige geologische gebeurtenissen kunnen hervormen.
