Basketbol, tenis veya squash gibi sert zeminlerde oynanan sporların en tanıdık seslerinden biri, oyuncuların ayakkabılarının çıkardığı o yüksek perdeli gıcırdama sesidir. Peki, bu gıcırdamayı ortadan kaldırmak mümkün mü, üstelik yer tutuşunu kaybetmeden? İşte tam da bu sorunun cevabını uluslararası bir mühendis ve uygulamalı fizikçi ekibi aramaya koyuldu.
İlk bakışta küçük bir tasarım değişikliği gibi görünse de, aslında bu durum sofistike bir fizik problemine dayanıyor: Yumuşak bir yüzeyin sert bir yüzey üzerinde kayarken nasıl ses çıkardığı. Şaşırtıcı bir şekilde, bu konuda bilim dünyasında uzun süredir devam eden bir tartışma var. Yaygın teoriye göre, bu ses “stick-slip” denilen bir mekanizmadan kaynaklanıyor. Basitçe açıklarsak, yüzeyler kaymak yerine, birbirlerine yapışıp aniden kayıyor. Bu yapışma sırasında yumuşak malzeme (örneğin kauçuk taban) deforme oluyor ve elastik enerji depoluyor; ardından kayma anında bu enerji sürtünmeyle önce ısıya, ardından hızlı titreşimlere ve dolayısıyla sese dönüşüyor.
Ama araştırmacılar bu klasik teorinin tam da gözlemlenen sesleri açıklamadığını fark ettiler. Bunun üzerine, sesin kökenini anlamak için yüzlerce yıl önce Leonardo da Vinci’nin sürtünme deneylerinden ilham aldılar. Da Vinci, basit ama etkili bir düzenekle sürtünmenin temel prensiplerini ortaya koymuştu. Bir blok ahşap, kendi ağırlığıyla (normal kuvvet) ve yan çekiş kuvvetiyle (tangensiyel kuvvet) bir yüzey üzerinde sürtünmeye maruz kalıyordu. Bu basit deney sayesinde sürtünme kuvvetinin temas yüzeyinin büyüklüğünden çok, yüzeylere uygulanan kuvvetle orantılı olduğunu göstermişti. Ancak Da Vinci bu çalışmasını yayınlamamış ve keşifleri yüzyıllarca unutulmuştu.
Deneylerde sıradan ahşap zemin yerine şeffaf akrilik bir plaka kullandılar ve plakanın kenarlarına dizdikleri LED ışıklar sayesinde, sürtünme anındaki temas noktalarının hangi bölgelerde olduğunu net bir şekilde görebildiler. Bu gözlem sürecinde, saniyede bir milyon kare hızında çekim yapabilen yüksek hızlı kameralar aracılığıyla kayma anındaki yüzey hareketlerini ve bu hareketlerin sesle bağlantısını kaydettiler.
Sonuçlar oldukça heyecan verici oldu. Kauçuk blokla sert yüzey arasındaki temas alanında, “açılan kayma atımları” (opening slip pulses) adını verdikleri küçük yüzey kırışıklıkları oluşuyor ve bu kırışıklıklar neredeyse 100 metre/saniye hızla yüzey boyunca ilerliyordu. Blokun çoğunluğu sabit kalırken, bu hızla hareket eden kırışıklıklar ise çıkan sesi oluşturuyordu.
Daha da ilginci, sürtünme yüzeyindeki küçük geometrik yapılar sesin karakterini radikal biçimde etkiliyordu. Eğer yüzey tamamen düz ve pürüzsüzse, sesler karışık ve çok frekanslı oluyordu; bu da bant gibi soyulan yapışkanların çıkardığı sesi andırıyordu. Ancak spor ayakkabılarının tabanlarındaki gibi çıkıntılar (bazen çizgiler halinde) bulunursa, bu yükseltiler ses dalgalarını dar bir alana hapsediyor, ses daha düzenli ve ritmik bir “gıcırdama” haline dönüşüyordu. İşte bu da bilinen, basketbol sahalarından alıştığımız o tipik çığlık şeklindeki ayakkabı sesi demekti.
Deneylerde ayrıca gıcırdama sesinin perdesini neyin belirlediğine de ulaştılar. Tahmin edileceği gibi, kayan objenin hızı ya da uygulanan kuvvetin büyüklüğü (örneğin oyuncunun ağırlığı) sesin tonunu pek değiştirmiyordu. Bunun yerine gıcırdamanın frekansını asıl etkileyen etken, kauçuğun kalınlığıydı yani ayakkabı tabanının yüksekliğiydi.
Araştırmacılar bu bulgu sayesinde farklı taban kalınlıklarında bloklar ürettiler ve bu bloklarla tanıdık bir melodi çalabilecek kadar hassas sesi kontrol edebildiklerini gösterdiler. Bu da aslında ayakkabı tabanı üzerinde yapılacak hassas geometrik tasarımlarla, gıcırdamanın yok edilebileceğine yeşil ışık yakıyor.
Çalışmanın sonuçları sadece spor ayakkabılarıyla sınırlı kalmıyor. Fren sistemleri, lastikler ve hatta kalça ya da diz protezleri gibi polimer malzemelerin metal veya seramik yüzeylerle sürtünme yaşadığı mekanik sistemlere uygulanabilir.
Tabii bu araştırma popüler halı saha ya da tenis kortunda sessiz, kaymaz ve gıcırdamayan ayakkabıların gelişi için umut veriyor. Karmaşık desenlerde bol miktarda kauçukla temas sağlanırken kaymanın çok sayıda, birbirinden bağımsız mini kayma olayına bölünmesi sağlanabilir. Bu da o tanıdık gıcırdamayı ortadan kaldırıp tamamen sessiz adımlar sunabilir.
İlginç bir diğer boyut ise bu araştırmanın deprem fiziklerine benzer yöntemler kullanması. Tıpkı lab ortamında kauçuk ve sert malzeme arasındaki kayma pulslularını izlemek gibi, jeologlar da tektonik faylardaki hızla yayılan kırılma ve kayma hareketlerini anlamak için benzer deneysel yöntemlere başvuruyorlar. Burada önemli olan, laboratuvar ölçümlerini gerçek dünya fay hatlarına nasıl uyarlayacağımız olmalı.
Başarılı olursa, bu yöntem deprem dalgalarını çözümlemeyi kolaylaştırabilir, daha güvenilir deprem riski tahminlerine ve haritalarına yol açabilir.
Biz ise, bu heyecan verici bilimsel gelişmeler ışığında bir yandan da sessiz sneakers hayallerimizden vazgeçmiyoruz. Kim bilir, belki çok yakında o yüksek perdeli o meşhur gıcırdama sesini duymadan oyunlarımıza kaldığımız yerden devam ederiz.
