Suonare la “Marcia Imperiale” di Star Wars con delle scarpe da basket: lo studio sullo stridere delle suole

Lo stridere delle scarpe da basket sul parquet è il risultato di un meccanismo fisico mai studiato a fondo prima, che sorprendentemente ha molto a che fare con il modo in cui si formano le onde sismiche di un terremoto. È questa la scoperta di un team di ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) , in collaborazione con l'Università di Nottingham e il Centro Nazionale Francese per la Ricerca Scientifica. Lo studio, pubblicato su Nature, cambia la conoscenza alla base dello squeak dei giocatori NBA sui campi da basket. Da un lato, fornisce un nuovo modello teorico per comprendere la fisica dei terremoti e dall'altro, grazie allo spessore della gomma e la frequenza del suono, ha permesso ai ricercatori di suonare la Marcia Imperiale di Star Wars facendo strisciare dei blocchetti di altezze diverse.

Prima di questo studio, il modello per l'origine dello stridere delle suole sul parquet era il cosiddetto stick-slip (letteralmente “attacca e scivola”), cioè quando tra due superfici che scorrono l'una sull'altra si crea una rapidissima alternanza tra una fase in cui le due superfici rimangono attaccate e una in cui scivolano. In questo caso, ogni piccola porzione di gomma della suola si "incolla" al pavimento per una frazione di secondo, poi scivola per un'altra frazione di secondo e così via, generando una serie di scatti irregolari che generano il caratteristico rumore. Questo modello però descrive l'attrito tra due superfici rigide, mentre qui una delle sue superfici – la gomma della suola – non lo è.

Ecco quindi che un team di ricercatori guidato da Adel Djellouli ha studiato il fenomeno osservandolo con un telecamere ultra-veloci in grado di catturare fino a un milione di fotogrammi al secondo e ascoltandolo con un microfono. Per l'esperimento sono state utilizzate scarpe da basket o blocchi di gomma che sono stati fatti scivolare su una superficie trasparente di vetro illuminata con luci LED per visualizzare la dinamica delle zone di contatto tra le due superfici.

Il risultato? Il meccanismo è simile a quello dello stick-slip, ma con delle particolarità dovute non solo al fatto che la gomma non è un materiale rigido, ma anche al fatto che le suole delle scarpe non sono superfici lisce ma hanno scanalature e rilievi.

L'esperimento ha mostrato che, quando la suola si strofina rapidamente su una superficie liscia e rigida – come il parquet dei campi da basket – i rilievi sulle suole non scivolano sul pavimento in modo uniforme: il moto relativo tra le due superficie si organizza in “fronti” di distacco che si propagano a velocità molto superiori a quella di scivolamento, provocando così onde d'urto che vanno poi a generare il “fischio”.

A differenza dello stick-slip “tradizionale”, in cui questi eventi di distacco-scivolamento avvengono un po' casualmente nella superficie, nel caso della suola la non rigidità della suola e la geometria dei rilievi fa in modo che questi impulsi siano ordinati nello spazio e soprattutto regolari nel tempo. Ecco quindi che si crea un'onda sonora fatta di tanti impulsi che si propagano con una frequenza ben definita: ma questa è proprio la definizione di nota musicale!

Gli autori dello studio hanno infatti notato che, al variare dell'altezza del blocco di gomma o della scanalatura, cambia la frequenza dello squeak, e quindi l'altezza della nota prodotta. Per dimostrarlo, hanno tagliato dei blocchetti di gomma di diverse altezze e, facendoli strisciare su una lastra di vetro, sono riusciti a suonare a mano la Marcia imperiale di Star Wars. Potete ascoltare qui sotto l'iconica melodia “suonata” solo con dei pezzi di gomma!

Ma c'è di più: le telecamere ad altissima velocità hanno mostrato delle minuscole scariche elettriche generate dallo sfregamento della gomma, come dei microscopici "fulmini". Queste scariche sono frutto dell'effetto triboelettrico, un fenomeno fisico per cui due materiali diversi (come la gomma della suola e il legno del parquet, di cui almeno uno isolante) si scambiano cariche elettriche strofinandosi tra loro, o anche toccandosi e poi separandosi. L'attrito genera tensione elettrica, come si può vedere nel video qui sotto.

Le sorprese in questa ricerca non terminano qui e non si limitano all'ingegneria dei materiali. La dinamica di scorrimento ricorda ciò che avviene nei terremoti con le faglie che si muovono una rispetto all'altra. Il gruppo di ricerca apre alla possibilità che modelli in gomma con scanalature e increspature possano diventare un modo semplice per studiare la fisica dei terremoti in laboratorio.

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