原標題：籃球鞋的“摩擦聲”是怎么響起的（科技大觀）　　

粉筆劃過黑板的一瞬間，籃球場上運動鞋不時發(fā)出的響聲，這些生活中看似普通的摩擦現(xiàn)象，背后卻隱藏著物理學界長期未能完全破解的謎題。近日，美國哈佛大學研究團隊在《自然》雜志發(fā)表研究成果，首次揭示了軟硬材料摩擦界面產(chǎn)生聲音的物理機制。這項研究不僅探析了摩擦發(fā)聲的微觀原理，還通過精巧的實驗設(shè)計，讓“摩擦聲”奏響科幻電影《星球大戰(zhàn)》配樂的一段旋律，為更好實現(xiàn)材料間摩擦力的控制開啟了思路。

摩擦是自然界最普遍的現(xiàn)象之一，從遠古人類鉆木取火點亮文明的第一縷光，到古埃及工匠在沙地上灑水潤滑、減少摩擦以搬運巨石，其應(yīng)用與研究幾乎貫穿人類社會發(fā)展歷程。然而，摩擦學中精確定量的試驗卻非常困難，摩擦定律至今仍未得到完善解釋。長久以來，科學家將摩擦聲歸因于“粘滑”振蕩：當兩個硬表面相互摩擦時，它們并非平滑移動，而是像進行一場拉鋸戰(zhàn)——時而緊緊咬合（靜摩擦），時而突然掙脫滑行（動摩擦）。這種“卡住—滑動—再卡住”的循環(huán)產(chǎn)生自激振動，從而發(fā)出聲音。然而，這一經(jīng)典理論卻難以解釋，為何不同材質(zhì)的摩擦會產(chǎn)生不同的音調(diào)。

為解開這一謎題，此次研究團隊搭建了一個實驗“舞臺”。他們讓籃球鞋鞋底以約1米/秒的速度在玻璃表面滑動，同時運用高速成像與聲學分析技術(shù)，實時捕捉摩擦界面的微觀動態(tài)。實驗發(fā)現(xiàn)，接觸界面并非風平浪靜，而是掀起了一股股急速傳播的“脫開波”。這些波如同退潮時海水掠過沙灘上的沙紋，快速掃過鞋底的微小紋理。每掃過一次，微小的接觸點就完成一次從“閉合”到“張開”再回到“閉合”的快速循環(huán)。測量顯示，這些“脫開波”以80±4米/秒的速度傳播——遠高于鞋底本身的滑動速度。更令人驚嘆的是，其對應(yīng)的重復(fù)頻率約為4830赫茲，與人耳聽到的聲音主頻率4800赫茲幾乎完全一致。原來，“脫開波”的節(jié)奏，就是摩擦聲音的音高；那些不同材質(zhì)摩擦出的“旋律”，竟是微觀世界里無數(shù)“海浪”拍岸的“合唱”。

研究團隊進一步探究了樣品幾何形狀對聲音頻率的調(diào)控規(guī)律，測試了高度在5至20毫米之間、表面帶有平行凸脊的硅橡膠樣品。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，樣品自身高度與發(fā)出的特定音調(diào)基頻呈精確的反比關(guān)系。樣品越高，音調(diào)越低；樣品越矮，音調(diào)越高。這意味著，科學家可以像調(diào)音師一樣，通過設(shè)計不同高度的樣品，主動“創(chuàng)作”出想要的聲音。研究團隊將橡膠樣品精確調(diào)校至6個不同音高，依次滑動這些樣品時，仿佛彈奏著一臺看不見的樂器，用摩擦聲復(fù)刻了《星球大戰(zhàn)》配樂的旋律。

在最尋常的現(xiàn)象中，往往蘊藏著最不尋常的真理。這項看似“小題大做”的研究，擁有創(chuàng)新運用的巨大潛力。比如，通過物理學、材料科學和工程學的跨學科合作，科研人員可開發(fā)通過表面微結(jié)構(gòu)主動調(diào)控摩擦力和聲音的智能材料，有望在低噪聲交通、智能機器人觸覺感知等領(lǐng)域取得突破。

同時，實驗中觀察到的“脫開波”現(xiàn)象，有助于研究和理解地震的觸發(fā)與傳播這一科學難題。地震的本質(zhì)是地殼板塊在巨大壓力下，經(jīng)歷漫長的“卡住”（應(yīng)力積累）到突然的“滑動”（能量釋放）過程。那些急速掠過的微小“脫開波”，正是地震這一宏觀過程的微觀縮影?；蛟S有一天，我們可以通過研究鞋底的“歌聲”，更好地預(yù)測地球的“怒吼”。

（作者為中國科學院力學研究所研究員）