Un experimento científico sobre el básquet da un giro inesperado y brinda datos sobre la aparición de fallas geológicas

Cualquiera que asista a un partido de básquetbol escuchará el típico sonido del “chirrido” que hacen las zapatillas en la cancha. Incluso los jugadores perciben los movimientos de sus compañeros y oponentes no solo con la vista, sino también con esa pista auditiva.

Puede parecer un detalle, pero el mecanismo que lo genera se estudia desde hace siglos. Hasta ahora se creía que se debía al “efecto stick-slip“, cuya traducción es “pegarse y deslizarse“, un fenómeno físico de movimiento caracterizado por sacudidas, que ocurre cuando dos cuerpos sólidos se deslizan uno contra el otro.

Tiene lugar cuando la fricción estática de un cuerpo es significativamente mayor que la fricción deslizante. Sin embargo, el equipo liderado por Adel Djellouli y Katia Bertoldi, científicos y docentes eximios, demostraron que cuando se trata de materiales blandos el mecanismo se complejiza.

Utilizaron cámaras ultra rápidas, capaces de capturar un millón de fotogramas por segundo, y pudieron observar que el chirrido se produce por “pulsos de desprendimiento supersónicos“, que separan y vuelven a pegar la suela al suelo a una velocidad vertiginosa, además de una especie de “relámpagos en miniatura debajo la suela” de las zapatillas, que son invisibles al ojo humano.

Los resultados del estudio que realizaron tuvieron tal relevancia que fueron publicados por la revista Nature.

Los científicos investigaron el ruido inconfundible que se produce cuando las zapatillas de baloncesto se deslizan sobre una cancha laqueada y examinaron las interacciones entre superficies a diferentes velocidades.

Grabaron el chirrido de una zapatilla de baloncesto al chocar contra una placa de vidrio lisa. Comprobaron que se producen deformaciones ondulatorias de la suela de la zapatilla y estas ondas barren su interfaz con el suelo a velocidades cercanas a los 300 kilómetros por hora.

La rigidez y el grosor de la suela de la zapatilla afectan directamente la frecuencia del sonido emitido. En lugar de deslizarse como un bloque sólido, la goma del calzado crea pequeñas arrugas de desprendimiento que viajan por la interfaz a velocidades que rozan o superan la del sonido.

También determinaron que el tono del chirrido que oímos no es aleatorio, porque la frecuencia depende de la rapidez con la que se repitan esos pulsos bajo el peso de nuestro pie.

Mientras se producen diminutas descargas eléctricas, similares a relámpagos miniatura, debajo de la suela, advirtieron la presencia de luz en el momento de la fricción.

Descubrieron que la geometría de la suela, determinada por los patrones de dibujo de las zapatillas funciona como una “guía de ondas”. Si la superficie es lisa, produce un “ruido desordenado”, pero si tiene crestas los pulsos se confinan y se vuelven periódicos, generando un tono musical más claro.

Bertoldi, ingeniera mecánica italiana que actualmente vive en Estados Unidos, se desenvuelve como profesora de mecánica aplicada William y Ami Kuan Danoff en Harvard. En diálogo con Newsweek abordó las repercusiones de los hallazgos.

“Nuestras mediciones de imágenes y sonido de alta velocidad revelan un mecanismo nunca antes visto detrás del chirrido en los contactos blandos-rígidos“, aseguró.

“Observamos rápidos pulsos de deslizamiento de apertura, similares a las rupturas sísmicas, que viajan a lo largo de la interfaz y transmiten el movimiento de deslizamiento”, indicó Bertoldi.

El descubrimiento conecta este fenómeno con la dinámica de las fallas tectónicas. Así lo reafirmó el Bart Weber, del Instituto de Física de la Universidad de Ámsterdam, en un artículo adjunto publicado en News and Views.

“El trabajo plantea una pregunta más profunda. Si estos procesos pueden eventualmente ser comprendidos y controlados, podrían ofrecer alternativas para ajustar intencionalmente el comportamiento friccional”, destacó Weber.

Los investigadores creen que comprender la dinámica que ocurre entre dos superficies puede arrojar luz sobre los efectos de la fricción en una variedad de sistemas, como las fallas geológicas.

Una falla geológica es una fractura o zona de fracturas entre las placas rocosas que conforman la parte sólida externa del planeta. La presión que se acumula en estas fallas es lo que provoca deslizamientos o rupturas repentinas, tales como los terremotos.

La posibilidad de escalar sus cálculos y conclusiones a otros ámbitos es lo que genera entusiasmo en el ámbito científico. Los físicos de Harvard consultaron a expertos en sismología de la Universidad Hebrea de Jerusalén, quienes les confirmaron que la dinámica de los pulsos en una zapatilla resulta idéntica a la de las rupturas en las fallas geológicas.

En un terremoto las placas tectónicas se deslizan de forma frenética y producen pulsos de ruptura que se propagan a velocidades supersónicas, igual que en el desplazamiento del calzado sobre la cancha.

Eventos como los sismos son difíciles de predecir. Esta nueva información, extraída del análisis de algo tan pequeño o cotidiano como un sonido, puede generar nuevos estudios en modelos de laboratorio para medir la liberación de energía de la Tierra.

“Los próximos pasos para explorar los resultados del estudio incluirán examinar cómo las texturas de superficie más ricas e intrincadas pueden controlar de manera confiable la fricción y la salida acústica bajo un rango más amplio de cargas y velocidades de deslizamiento”, anticipó Bertoldi.