علماء هارفارد يكشفون سر صرير الأحذية: نبضات انزلاق سريعة البرق

[الولايات المتحدة] - وكالة أنباء إخباري

علماء هارفارد يكشفون سر صرير الأحذية: نبضات انزلاق سريعة البرق

لطالما كان صرير الأحذية الرياضية على أرضيات ملاعب كرة السلة ظاهرة مألوفة، لكن السر العلمي وراء هذا الصوت المميز ظل محل بحث. الآن، يقدم فريق من المهندسين من جامعة هارفارد، بالتعاون مع خبراء من جامعة نوتنغهام بالمملكة المتحدة والمركز الوطني الفرنسي للبحث العلمي، تفسيرًا جديدًا ومثيرًا للاهتمام، يكشف عن ديناميكيات معقدة تتجاوز مجرد الاحتكاك السطحي.

الدراسة الرائدة، التي نُشرت مؤخرًا في مجلة نيتشر، تقترح أن صوت الصرير ليس نتيجة انزلاق النعل بأكمله دفعة واحدة، بل هو نتاج «نبضات انزلاق» سريعة تشبه التجاعيد، تنفصل وتلتصق بالسطح عبر منطقة التلامس. هذه النبضات، التي تتحرك بسرعات تفوق سرعة الصوت، هي التي تولد الاهتزازات التي تترجم إلى الصرير الذي نسمعه. وما يثير الدهشة أكثر هو أن بعض التجارب كشفت عن شرارات دقيقة تشبه البرق، مما يشير إلى تراكم الطاقة الكهربائية ودورها المحتمل في بدء هذه النبضات.

يقول الدكتور عادل دجلولي، المؤلف الأول للدراسة وزميل ما بعد الدكتوراه في جامعة هارفارد، إن «هذه النتائج تتحدى الافتراض القديم بأن احتكاك المواد اللينة يمكن فهمه بالكامل من خلال نماذج الاحتكاك أحادية الأبعاد البسيطة». فبينما يفسر نموذج «الالتصاق والانزلاق» الكلاسيكي احتكاك الأجسام الصلبة جيدًا، مثل مفصلات الأبواب، تتصرف المواد اللينة مثل المطاط بشكل مختلف تمامًا.

لفهم هذه الظاهرة، استخدم الباحثون تصويرًا بصريًا عالي السرعة وصوتًا متزامنًا لمراقبة حركة المطاط اللين على الزجاج الناعم. وبدلًا من الانزلاق السلس المتوقع، لاحظوا أن الحركة تتجمع في نبضات انزلاق متقطعة، تنتشر عبر المطاط في سلسلة من البدء والتوقف. هذه الحركة الموضعية، حيث تنفتح مناطق صغيرة فقط وتنزلق ثم تتحرك، تختلف عن النموذج الكلاسيكي الذي يفترض أن السطح المتلامس بأكمله يلتصق ثم ينزلق.

أحد الاكتشافات المذهلة في الدراسة كان ظهور ومضات صغيرة، وصفها الفريق بأنها «شرارات برق» مصغرة، ناتجة عن الاحتكاك. في بعض الاختبارات، بدا أن هذه الشرارات الكهربائية تحفز نبضات الانزلاق. على الرغم من أنها لم تكن المصدر الرئيسي لضوضاء الصرير، إلا أنها كشفت عن كيفية بناء الطاقة الكهربائية داخل النظام مع حركة المطاط.

لم يكتفِ الباحثون بذلك، بل وجدوا أيضًا أن شكل المطاط، وليس حركته بالضرورة، هو المحدد الرئيسي لحدة صوت الصرير. فعندما انزلقت كتل مطاطية مسطحة، كانت نبضات الانزلاق غير منتظمة، مما أنتج صوت «وشوشة» واسع. ولكن عندما أضافوا حواف رفيعة إلى المطاط، قامت هذه الحواف بتقييد النبضات وجعلتها تتكرر على فترات منتظمة، مما حبس الصوت في تردد أو نغمة معينة. اعتمد تردد الصرير هذا بشكل أساسي على ارتفاع حواف المطاط.

لقد كانت هذه الموثوقية مذهلة لدرجة أن الفريق تمكن من تصميم كتل مطاطية بارتفاعات مختلفة واستخدمها لعزف لحن «المسيرة الإمبراطورية» من فيلم «حرب النجوم» يدويًا. يصف دجلولي التجربة قائلًا: «عندما حان وقت عزف أغنية حرب النجوم، كان علينا أن نتدرب لمدة ثلاثة أيام متواصلة للحصول على الفيديو بشكل صحيح... أعتقد أن الجزء الأكثر تسلية كان الشعور بالارتياح في المختبر عندما انتهينا أخيرًا من التسجيل بعد ثلاثة أيام من الصرير المستمر عالي النبرة». ويضيف: «لقد كان زملاؤنا سعداء جدًا بالحصول على بعض الهدوء مرة أخرى!»

تتجاوز هذه النتائج تصميم الأحذية الرياضية بكثير. إن نبضات الانزلاق التي لوحظت في التجارب تشترك في ميزات رئيسية مع جبهات التمزق في الزلازل، حيث تنكسر أجزاء من الصدع فجأة وتنزلق بسرعات عالية جدًا. يقول الدكتور شموئيل روبنشتاين، المؤلف المشارك في الدراسة وأستاذ الفيزياء في الجامعة العبرية بالقدس وأستاذ زائر في جامعة هارفارد: «عادة ما يُعتبر الاحتكاك اللين بطيئًا، ومع ذلك، نظهر أن صرير الحذاء الرياضي يمكن أن ينتشر بنفس سرعة، أو حتى أسرع من، تمزق الصدع الجيولوجي، وأن فيزياءهما متشابهة بشكل مذهل».

بالإضافة إلى تسليط الضوء على فيزياء الزلازل، يمكن أن يساعد هذا العمل المهندسين في تصميم أسطح يمكنها التبديل بين حالات الانزلاق والالتصاق حسب الطلب. توضح البروفيسورة كاتيا بيرتولدي، أستاذة الميكانيكا التطبيقية في جامعة هارفارد: «لطالما كان ضبط سلوك الاحتكاك أثناء الحركة حلمًا هندسيًا طويل الأمد. هذا الفهم الجديد لكيفية تحكم هندسة السطح في نبضات الانزلاق يمهد الطريق للمواد الفوقية الاحتكاكية القابلة للضبط والتي يمكن أن تنتقل من حالات الاحتكاك المنخفض إلى حالات التماسك العالي عند الطلب».

هذه الدراسة لا تقدم فقط تفسيرًا لظاهرة يومية بسيطة مثل صرير الأحذية، بل تفتح أيضًا أبوابًا جديدة للبحث في مجالات تتراوح من علم الزلازل إلى علم المواد المتقدمة، مما يؤكد كيف يمكن للملاحظات الدقيقة للظواهر الصغيرة أن تكشف عن مبادئ علمية عالمية.

وكالة أنباء إخباري