運動鞋吱吱聲的物理原理

我們都熟悉比賽期間籃球鞋在球場上發出的尖銳吱吱聲，或是輪胎在人行道上發出的刺耳聲。科學家進行了大量實驗，發現運動鞋胎面圖案的幾何形狀決定了吱吱聲的頻率，使團隊能夠製造出適合特定頻率的橡膠塊，並將它們移動到玻璃表面上，以播放星球大戰的“帝國進行曲”。

「快速控制摩擦行為一直是長期的工程夢想，」哈佛大學的合著者卡蒂亞·貝爾托爾迪（Katia Bertoldi）說。 「這種對錶面幾何形狀如何控制滑動脈衝的新見解為可調摩擦材料鋪平了道路，這些材料可以根據需要從低摩擦狀態轉變為高摩擦狀態。」此外，根據發表在《自然》雜誌上的新研究，這些結果揭示的動力學與構造斷層的動力學相似，從而為科學家提供了地震力學的新模型。

人們通常認為達文西在 15 世紀末首次對摩擦進行了系統研究，這個子領域現在被稱為摩擦學，研究相對運動中相互作用表面的動力學。達文西的筆記本描述了他如何使用重物和滑輪拉動一排排的木塊，這種技術至今仍在摩擦研究中使用，並檢查了螺紋、輪子和車軸產生的摩擦力。這篇最新論文的作者使用了類似達文西的實驗裝置。

運動鞋在健身房地板上發出的吱吱聲通常歸因於摩擦，特別是涉及兩個表面之間的黏附和滑動循環的摩擦。但該模型最適合涉及兩個實體的立面，例如吱吱作響的門鉸鏈。在健身房地板上滑動的運動鞋的鞋底包括硬體（地板）和軟體（運動鞋的鞋底）。貝爾托爾迪等人。他希望更全面地了解軟體與固體界面的動力學。

首先，團隊在光滑、乾燥的玻璃板上運行商業籃球鞋（Nike CU3503-100），同時捕捉鞋底和玻璃（即摩擦介面）之間發生的情況的音訊和視覺影像。他們發現開路脈衝在滑動方向上不規則地傳播，導致鞋底和玻璃板之間出現局部超音速分離。這些可聽見的吱吱聲並不是隨機的；而是隨機的。頻率由所產生脈衝的重複率決定。