哈佛大学研究人员近日在《自然》杂志发表研究，给出篮球鞋在球场上发出“吱吱”声的物理解释，将这一常见现象与高速摩擦下材料的微观变形过程联系起来。

由球场观察走进实验室

研究起因于材料科学家阿德尔·杰卢利（Adel Djellouli）在观看波士顿凯尔特人队比赛时的现场观察。他注意到，球员在硬木地板上滑步、转身和防守移动时，橡胶鞋底与地面接触几乎始终伴随刺耳的“吱吱”声。

赛后出于好奇，杰卢利与同事在实验室中搭建实验装置，尝试重现这一声音。他们将运动鞋鞋底反复在光滑玻璃板上滑动，用麦克风记录产生的声音，并利用高速摄像机拍摄鞋底与玻璃接触的全过程，以捕捉肉眼无法分辨的细节。

微小快速变形产生可听“吱吱声”

实验结果显示，声音并非来自单一的滑动过程，而是源于鞋底橡胶微小区域的快速周期性变形。这些区域在极短时间内反复从地面脱离又重新接触，每秒发生数千次。

研究团队发现，这种快速振荡的频率与人耳听到的“吱吱”声的音调相吻合。杰卢利表示，这一声音本质上是鞋底在产生快速移动的“皱褶”，这些高频重复的形变过程最终表现为可听见的噪音。

鞋底纹路在声音形成中的作用

研究还指出，鞋底的抓地花纹在声音形成中发挥关键作用。研究人员用一块平整、无纹理的橡胶块与玻璃接触进行对比实验时，虽然同样观察到表面出现混乱无序的波纹，但并未产生类似的“吱吱”声。

这一对比结果表明，鞋底上的脊状纹路有助于将这些快速变形过程组织成更有规律的振荡，从而形成清晰而高亢的声音，而非杂乱无序的表面波动。

高速摩擦研究的延伸

摩擦现象长期以来是物理学研究的重要课题。物理学家巴特·韦伯（Bart Weber）在配套社论中指出，摩擦是物理学中“最古老且最复杂的问题之一”，同时“难以预测和控制”。

这项研究的特点在于，将关注点放在更高速度条件下的摩擦行为，并首次直接把这些快速的摩擦脉冲与对应的可听声音联系起来。研究团队认为，对这一过程的理解有助于拓展对摩擦机理的整体认识。

潜在应用与未来设计方向

研究人员指出，更深入理解摩擦和材料变形机制，未来可能有助于解释地球构造板块在地震时的滑动行为，或用于开发在不同应用场景中减少因摩擦和磨损造成能量损失的方法。

在日常层面，这类研究也可能为降低安静环境中鞋底发声提供思路，例如办公室走廊等场景。尽管当前研究并未给出立即消除鞋底“吱吱声”的工程方案，且网络上流传的如在鞋底涂抹肥皂等做法被认为可能存在风险，但实验结果为未来设计“静音鞋”提供了方向。

实验显示，通过改变橡胶厚度可以改变“吱吱声”的音调。这一发现提出一种可能性：通过调节鞋底结构，使其产生人耳无法听到的更高频率声音。

来自阿姆斯特丹大学纳米光刻高级研究中心的韦伯表示，基于这些结果，未来可以有针对性地设计界面特性：在需要声音提示的场景中保留这种声音，在需要安静的环境中则尽量避免其产生。