فيزياء الصرير: الكشف عن سر أحذية كرة السلة الصاخبة

[العالم] - وكالة أنباء إخباري

فيزياء الصرير: الكشف عن سر أحذية كرة السلة الصاخبة

لطالما كان صرير الأحذية الرياضية على أرض ملعب كرة السلة علامة صوتية مميزة، جزءًا لا يتجزأ من إيقاع اللعبة السريع. ولكن ما الذي يسبب هذا الصوت الواضح والمألوف؟ كشفت دراسة رائدة أجراها علماء فيزياء تطبيقية من جامعة هارفارد، ونُشرت في العدد الأخير من مجلة Nature، عن الآليات المعقدة وراء هذه الظاهرة الصوتية، مقدمةً فهمًا جديدًا لتفاعلات الاحتكاك بين المواد.

أظهرت الأبحاث، بقيادة الفيزيائي التطبيقي أديل دجولولي وزملائه، أن صرير الأحذية الرياضية ينتج عن حركة دقيقة تُعرف باسم "الالتصاق والانزلاق" (stick-slip motion). هذه الحركة ليست انزلاقًا مستمرًا، بل هي عملية متقطعة تتناوب فيها أجزاء من نعل الحذاء بين الالتصاق بالسطح والانزلاق إلى الأمام. تحدث هذه الانزلاقات على شكل نبضات متكررة، حيث تنثني مناطق صغيرة من النعل وتنفصل عن السطح آلاف المرات في الثانية.

استخدم الباحثون تقنية الفيديو عالي السرعة لمراقبة حركة الحذاء المنزلق على سطح زجاجي، الذي يحاكي أرضية الملعب الصلبة والملساء. سمحت لهم هذه المنهجية، بالاعتماد على مفهوم الانعكاس الكلي الداخلي، بتصوير نعل الحذاء من الأسفل. ظهرت المناطق الملامسة للزجاج ساطعة، بينما بدت المناطق التي انثنت وانفصلت عن السطح داكنة، مما كشف عن الطبيعة النبضية لحركة الانزلاق.

وجد الفريق أن التكرار المنتظم لهذه النبضات، التي تحدث بمعدل يصل إلى 4800 مرة في الثانية، هو ما يولد الصرير. هذه النبضات تنتقل على طول النعل بطريقة تشبه إلى حد ما كيف يمكن فرد مفرش المائدة عن طريق إرسال موجة من الحركة عبره. ينتج عن كل نبضة دفعة صغيرة تغير ضغط الهواء المحيط، مما يؤدي إلى توليد الصوت. يتطابق معدل النبضات بدقة مع تردد الصوت الذي يصدره الحذاء، وهو ما يحدد حدته أو طبقة الصوت.

لم تتوقف الدراسة عند هذا الحد، بل تعمقت في استكشاف العوامل التي تؤثر على جودة وشدة الصرير. أظهرت التحقيقات الإضافية باستخدام كتل من مطاط السيليكون أن النتوءات الموجودة على مداس الحذاء الرياضي تلعب دورًا حاسمًا. فعندما تم تحريك قطعة مسطحة من المطاط على اللوح الزجاجي، نتجت نبضات فوضوية وغير منتظمة، مما أحدث ضوضاء مشوشة بدلاً من صرير واضح النبرة. في المقابل، ساعدت النتوءات على تنظيم هذه النبضات وتوجيهها، مما أدى إلى صرير قوي وواضح من الكتل المطاطية ذات المداس.

كما اكتشف الباحثون أن سمك وصلابة كتلة المطاط تحدد حدة الصوت. تشير هذه النتيجة إلى إمكانية تصميم أحذية صامتة عن طريق ضبط الصرير ليكون ضمن نطاق الموجات فوق الصوتية، التي لا يستطيع البشر سماعها. يمكن تحقيق ذلك عن طريق جعل النعل أرق، على الرغم من أن هذا قد لا يكون مثاليًا للأنشطة الرياضية، أو عن طريق تغيير تركيبة المواد المستخدمة. يعلق دجولولي مازحًا: "طالما أنك لا تمانع في إزعاج كلبك".

في لمسة خفيفة ومبتكرة، قام الباحثون أيضًا بتصميم كتل مطاطية تصدر صريرًا بنبرات محددة، ثم استخدموها لعزف "المسيرة الإمبراطورية" من فيلم حرب النجوم. هذا لم يضف جانبًا ترفيهيًا للتجربة فحسب، بل كشف أيضًا عن حقيقة علمية أخرى: أن دارث فيدر سيبدو أقل رعبًا بكثير لو أن دخولاته كانت مصحوبة بصرير أحذية مزعج.

تضيف هذه الدراسة، التي شاركت في تأليفها الكاتبة الفيزيائية البارزة إميلي كونوفر، الحائزة على جوائز متعددة في التواصل العلمي، طبقة جديدة من الفهم لظاهرة يومية. إنها تسلط الضوء على كيف يمكن للفيزياء الدقيقة أن تفسر جوانب عالمنا الذي نعيش فيه، وحتى أن تلهم ابتكارات في تصميم المنتجات.

في وقت حرج حيث يزداد فيه دعم صحافة العلوم أهمية، تبرز هذه الأبحاث دور المؤسسات المستقلة مثل Science News، التي تأسست عام 1921، في تقديم معلومات دقيقة حول أحدث التطورات العلمية والتكنولوجية. إن فهمنا للعالم من حولنا، من صرير الأحذية الرياضية إلى التحديات المناخية الكبرى، يعتمد على دعم البحث العلمي والتواصل الفعال.

وكالة أنباء إخباري