우리 모두는 경기 중 코트 위에서 농구화가 내는 높은 음의 삐걱거리는 소리나 포장도로에서 타이어가 삐걱거리는 소리에 익숙합니다. 과학자들은 여러 가지 실험을 수행한 후 운동화 트레드 패턴의 기하학적 구조가 삐걱거리는 소리의 빈도를 결정한다는 사실을 발견했습니다. 이를 통해 팀은 특정 주파수로 설정된 고무 블록을 만들고 유리 표면을 가로질러 밀어서 스타워즈의 “제국 행진곡”을 재생할 수 있었습니다.
공동 저자인 Harvard University의 Katia Bertoldi는 “즉시 마찰 동작을 조정하는 것은 오랜 엔지니어링 꿈이었습니다.”라고 말했습니다. “표면 형상이 슬립 펄스를 어떻게 제어하는지에 대한 이 새로운 통찰력은 필요에 따라 낮은 마찰 상태에서 높은 그립 상태로 전환할 수 있는 조정 가능한 마찰 메타물질의 길을 열어줍니다.” 또한, 이러한 결과에 의해 밝혀진 역학은 지각 단층의 역학과 유사하므로 과학자들에게 Nature 저널에 발표된 새로운 논문에 따르면 지진 역학에 대한 새로운 모델을 제공합니다.
Leonardo da Vinci는 일반적으로 15세기 후반 마찰에 대한 최초의 체계적인 연구를 수행한 것으로 알려져 있습니다. 이 분야는 현재 상대 운동에서 상호 작용하는 표면의 역학을 다루는 마찰학으로 알려져 있습니다. 다빈치의 노트에는 추와 도르래를 사용하여 블록 줄을 당기는 방법이 묘사되어 있으며, 이 접근 방식은 오늘날에도 마찰 연구에 여전히 사용되며 나사산, 바퀴 및 축에서 생성되는 마찰을 조사하는 데에도 사용됩니다. 이 최신 논문의 저자는 다빈치의 것과 유사한 실험 설정을 사용했습니다.
체육관 바닥에서 운동화가 삐걱거리는 소리는 일반적으로 마찰, 특히 두 표면 사이에 달라붙고 미끄러지는 주기를 포함하는 스틱슬립 변형에 기인합니다. 그러나 이 모델은 삐걱거리는 문 경첩과 같이 두 개의 단단한 물체가 관련된 인터페이스에 가장 적합합니다. 체육관 바닥을 미끄러지는 운동화 밑창에는 단단한 물체(바닥) 하나와 부드러운 물체(운동화 밑창)가 하나씩 포함됩니다. Bertholdiet al. Soft-on-Rigid 인터페이스의 역학을 보다 완벽하게 이해하고 싶었습니다.
먼저, 팀은 상업용 농구화(Nike CU3503-100)를 매끄럽고 건조한 유리판 위로 밀어서 밑창과 유리 사이(예: 마찰 인터페이스) 사이에서 일어나는 현상에 대한 소리와 시각적 이미지를 동시에 포착했습니다. 그들은 불균일하게 미끄러지는 방향으로 이동하는 개방 펄스를 확인했으며, 그 결과 신발 밑창과 유리판 사이에 일시적인 국지적 초음속 분리가 발생했습니다. 들리는 삐걱거리는 소리는 무작위가 아닙니다. 주파수는 생성된 펄스의 반복 속도에 따라 결정됩니다.
