الفيزياء الجديدة المدهشة لأحذية كرة السلة التي تصدر صوتًا صارخًا

صرير! الفيزياء الجديدة المدهشة التي تفسر لماذا تكون ألعاب كرة السلة صاخبة للغاية

بقلم جوزيف هوليت حرره لي بيلينغز

إنه موسم الصرير رسميًا.

جنون مارس هو قاب قوسين أو أدنى. الدوري الاميركي للمحترفين جديد بعد استراحة كل النجوم، مع التصفيات في الأفق. ستقام التصفيات “منقطعة النظير” للسيدات في نهاية هذا الأسبوع – وقد عادت أنجيل ريس!

لذا قم بتشغيل التلفزيون وارفع مستوى الصوت. حاول ضبط التعليق الملون والموسيقى النابضة وهتافات “الدفاع”، وما ستسمعه هو الموسيقى التصويرية الحقيقية لكرة السلة: سيمفونية الصرير.

حول دعم الصحافة العلمية

إذا كنت تستمتع بهذا المقال، ففكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.

اليوم، في دراسة نشرت في المجلة طبيعة، حقق فريق من العلماء خطوة بحجم ويمبي للأمام في اللغز العلمي الخالد حول سبب إصدار أحذية كرة السلة لتلك الأصوات المبهجة.

يقول عادل جلولي، عالم في جامعة هارفارد وقائد مشارك في الدراسة: “لم نكن نتوقع العثور على هذا القدر من الثراء والعمق من وجهة نظر فيزيائية تحت نعل الحذاء”.

يعتقد معظم العلماء الذين درسوا المشكلة أن صرير الأحذية كان مثالًا مباشرًا على ظاهرة “انزلاق العصا” الشائعة.

من السهل رؤية الانزلاق أثناء العمل. ما عليك سوى وضع كتاب ثقيل على الطاولة ومحاولة تحريكه برفق. بدلًا من الانزلاق السلس، ستحصل على نوع من الحركة المتشنجة والمتوقفة والبدء.

وذهبت النظرية إلى أن صرير كرة السلة كان مثالا على نفس الظاهرة. عندما يتوقف اللاعب عند قطعة نقدية، ينزلق نعل حذائه المطاطي قليلاً – بنفس نمط التوقف والبدء، عدة مرات فقط في الثانية، مما ينتج عنه صرير. هذه هي الطريقة التي تعمل بها آلات الكمان، ولماذا يصدر مفصل الباب صوتًا منخفضًا عند فتحه ببطء.

ولكن بفضل قوة الكاميرات عالية السرعة والتحليل الصوتي، أظهر جلولي وزملاؤه أن أحذية كرة السلة لها طابع خاص.

الأمر كله يتعلق بالمطبات. تلك الأنماط الطويلة والمرتفعة من التلال التي تبطن الجزء السفلي من الحذاء الرياضي هي في الواقع أساتذة المشهد الصوتي لكرة السلة. شاهد الجزء السفلي من الحذاء وهو يحتك بالخشب الصلب بحركة بطيئة، وسوف ترى.

حواف النعل لا ترتفع وتلتصق مرة واحدة. وبدلا من ذلك، لا ينفصل عن الأرض سوى جزء صغير من كل سلسلة من التلال في أي وقت. ينزلق هذا الجيب الفاصل أسفل الحافة حتى يصل إلى نهاية النعل، وعند هذه النقطة يتلقى الهواء خارج الحذاء ركلة صغيرة. تتموج تلك الموجات الفاصلة على طول التلال آلاف المرات في الثانية، وتدفع الهواء بشكل إيقاعي. معدل الركلات هو بالضبط تكرار الصرير – كلما كانت الركلات أسرع، كلما ارتفعت طبقة الصوت.

ويعتمد هذا التردد على شكل كل سلسلة من التلال، التي توجه الموجات إلى الأسفل بسرعة مميزة. يقول غابرييل ألبرتيني، المهندس الإنشائي بجامعة نوتنغهام والمؤلف الرئيسي المشارك لجلولي: “لم تكن فكرة الدليل الموجي للاحتكاك معروفة”. ولإثبات النتائج التي توصلوا إليها، أجرى العلماء هندسة عكسية للكتل المستطيلة من النعل الاصطناعي ذات النغمات المميزة. حتى أنهم كانوا قادرين على لعب موضوع دارث فيدر من حرب النجوم على قطعة من الزجاج. يقول جلولي: “لقد استغرقنا التدريب ثلاثة أيام”. “كان بإمكاننا أن نعرض ذلك في رسم بياني، ولكن أين المتعة في ذلك؟”

تندرج دراسة الأحذية الرياضية تحت المظلة الأكبر لـ “الاحتكاك ثنائي المادة”، وهي الفيزياء الخاصة لاحتكاك مادتين مختلفتين معًا. إن ظاهرة انزلاق صدعين مختلفين ضد بعضهما البعض لإحداث زلزال، على سبيل المثال، تشبه إلى حد كبير حذاء رياضة على الخشب الصلب. بدلًا من توقف الخطأ بأكمله وبدء تشغيله، لديك بالمثل تموجات انفصالية تتحرك على طوله. يعتقد الفريق أن تركيبتهم المطاطية يمكن أن تصبح طريقة سهلة لدراسة فيزياء الزلازل في المختبر.

يقول مارتين شورتن، خبير الانزلاق في شركة BioMechanica LLC، وهي شركة استشارية في ولاية أوريغون: “هذا تحليل أكثر تقدمًا وتعقيدًا من الناحية الفنية لمشكلة غرقت فيها إصبع قدمي منذ عشرين عامًا”. “أنا أحبه!”

لذا، في المرة القادمة التي ترى فيها شاي جيلجوس ألكسندر يأخذ كاحلي شخص ما، تذكر أن النتيجة الصارخة للمشهد هي شيء يجب رؤيته أيضًا. وعندما ترتدي الحذاء المميز الجديد للاعبك المفضل، فإنك تشتري آلة موسيقية مضبوطة بدقة تحاكي الزلزال في كل خطوة. من يدري، ربما نحن على بعد بضع سنوات فقط من “صرير التوقيع!”

حان الوقت للدفاع عن العلم

إذا استمتعت بهذا المقال، أود أن أطلب دعمكم. العلمية الأمريكية لقد عمل كمدافع عن العلوم والصناعة لمدة 180 عامًا، وربما تكون اللحظة الحالية هي اللحظة الأكثر أهمية في تاريخ القرنين.

لقد كنت العلمية الأمريكية مشترك منذ أن كان عمري 12 عامًا، وقد ساعد ذلك في تشكيل الطريقة التي أنظر بها إلى العالم. SciAm يثقفني ويسعدني دائمًا، ويلهمني شعورًا بالرهبة تجاه عالمنا الواسع والجميل. وآمل أن يفعل ذلك بالنسبة لك أيضا.

إذا كنت الاشتراك في العلمية الأمريكيةأنت تساعد في ضمان أن تغطيتنا تركز على البحث والاكتشاف الهادف؛ وأن لدينا الموارد اللازمة للإبلاغ عن القرارات التي تهدد المختبرات في جميع أنحاء الولايات المتحدة؛ وأننا ندعم العلماء الناشئين والعاملين على حد سواء في وقت لا يتم فيه الاعتراف بقيمة العلم نفسه في كثير من الأحيان.

وفي المقابل، تحصل على الأخبار الأساسية، ملفات بودكاست آسرة، ورسوم بيانية رائعة، لا يمكنك تفويت النشرات الإخبارية ومقاطع الفيديو التي يجب مشاهدتها، ألعاب التحدي، وأفضل الكتابة والتقارير في عالم العلوم. يمكنك حتى إهداء شخص ما اشتراكًا.

لم يكن هناك وقت أكثر أهمية بالنسبة لنا للوقوف وإظهار أهمية العلم. آمل أن تدعمونا في تلك المهمة.