Медленный скрип дверной петли в час ночи или визг поезда метро, делающего крутой поворот, могут вызвать дрожь по спине, но почему возникают эти звуки? Почему скрипит металл?
Оказывается, причина кроется в периодическом чередовании прилипания и скольжения металлических деталей друг относительно друга. Жёсткость и плотность металла также делают этот скрип особенно громким, рассказали эксперты Live Science.
Механизм, вызывающий скрип металла, ничем не отличается от визга шин при заносе или скрипа половицы, объяснил Роберт Хайерс (Robert Hyers), профессор машиностроения и материаловедения Вустерского политехнического института в Массачусетсе.
«Скрипы на самом деле представляют собой периодические удары, — объяснил Хайерс. — Если удары происходят достаточно часто, вы воспринимаете их как высокочастотный скрип.»
Иными словами, когда эти удары следуют один за другим с небольшой задержкой, они создают высокий скрипучий звук.
Это прилипание происходит, когда смазка на металле, например, масло или вода, «выдавливается» в момент высокого контактного напряжения, рассказал профессор материаловедения и инженерии Северо-Западного университета Йип-Ва Чунг (Yip-Wah Chung).
Эти проскальзывания и прилипания также происходят, когда вы проводите пальцами по стеклу. И хотя трение отыгрывает здесь ключевую роль, Хайерс отметил, что оно отвечает только за часть прилипания.
«Именно периодическое чередование прилипания и скольжения вызывает скрип», — сказал он.
Профессор Чэнчжи Ши (Chengzhi Shi), доцент кафедры машиностроения Университета Мичигана, объяснил, что проскальзывание и прилипание вызывают вибрацию металлических материалов, из-за чего возникает шум. Это можно сравнить с щипком струны на гитаре. Когда металл прилипает и скользит, он вибрирует. Частота и сила этой вибрации также зависят от формы и материала металла.
«Именно вибрационные режимы металла, возбуждаемые трением, излучают тот самый скрип, который мы слышим», — сказал Ши.
Профессор материаловедения и инженерии в Технологическом институте Джорджии Нареш Тадхани (Naresh Thadhani) объяснил, что невзирая на то, что и другие материалы тоже могут резонировать подобным образом, металлы в этом случае особенно шумны.
«Металлы, как правило, более плотные и обладают высокой жесткостью, что придаёт им определённые акустические свойства, усиливающие звуковые эффекты и звонкость», — отметил Тадхани.
Иными словами, они создают звуковые волны, которые распространяются быстрее и имеют большую амплитуду.
Что касается того, почему скрип поезда метро намного громче, чем скрип дверной петли, Тадхани объяснил, что причиной этого являются большее давление, скорость и размер, что приводит к более громким скрипам.
Можно ли что-то с этим сделать?
«Существует два способа устранить скрип, — объяснил Чунг. — Первый — уменьшить нагрузку на контакт. Второй — улучшить смазку.»
Для скрипучей дверной петли это может означать нанесение смазки, такой как WD-40, чтобы уменьшить трение. Однако иногда скрип необходим.
«Дополнительное трение, которое позволяет поездам лучше останавливаться и ускоряться, также вызывает скрип», — отметил Хайерс.
Устранение этого трения путём смазывания рельсов метро может избавить от ужасного визга, но также может привести к опасным авариям. Так что в следующий раз, когда вы услышите громкий скрип вагонов метро, отнеситесь к этому с пониманием.
