जूतों की चरमराहट का रहस्य सुलझा: हार्वर्ड के इंजीनियरों ने खोजे सूक्ष्म बिजली के बोल्ट और सुपरसोनिक स्लिप पल्स

[भारत] - इख़बारी समाचार एजेंसी

जूतों की चरमराहट का रहस्य सुलझा: हार्वर्ड के इंजीनियरों ने खोजे सूक्ष्म बिजली के बोल्ट और सुपरसोनिक स्लिप पल्स

बास्केटबॉल कोर्ट पर स्नीकर्स की सर्वव्यापी चरमराहट लंबे समय से एक परिचित ध्वनि रही है, फिर भी इस विशिष्ट श्रवण घटना के पीछे का सटीक वैज्ञानिक तंत्र काफी हद तक अनछुआ रहा है। अब, हार्वर्ड विश्वविद्यालय के इंजीनियरों की एक सहयोगी टीम ने, यूके में नॉटिंघम विश्वविद्यालय और फ्रेंच नेशनल सेंटर फॉर साइंटिफिक रिसर्च के विशेषज्ञों के साथ मिलकर, एक सम्मोहक नई व्याख्या प्रस्तुत की है, जो जटिल गतिकी का खुलासा करती है जो साधारण सतह घर्षण से कहीं अधिक है।

हाल ही में प्रतिष्ठित पत्रिका नेचर में प्रकाशित, उनके अभूतपूर्व अध्ययन से पता चलता है कि चरमराहट की आवाज केवल पूरी एड़ी के समान रूप से चिपकने और फिसलने का परिणाम नहीं है। इसके बजाय, यह तेजी से, झुर्रियों जैसी संरचनाओं का परिणाम है जिसे "ओपनिंग स्लिप पल्स" कहा जाता है जो संपर्क क्षेत्र में रबर को अलग और फिर से जोड़ती है। ये पल्स, जो सुपरसोनिक गति से सामग्री में फैलते हुए देखे गए हैं, उच्च-आवृत्ति कंपन उत्पन्न करते हैं जिन्हें हमारे कान चरमराहट के रूप में महसूस करते हैं। दिलचस्प बात यह है कि कुछ प्रयोगों में प्रक्रिया के साथ-साथ छोटे, बिजली जैसे स्पार्क भी देखे गए, जो इन स्लिप घटनाओं को शुरू करने में विद्युत ऊर्जा के निर्माण की भूमिका का सुझाव देते हैं।

अध्ययन के पहले लेखक और हार्वर्ड में पोस्टडॉक्टोरल फेलो डॉ. एडेल जेल्लोउली ने कहा, "मौलिक रूप से, ये निष्कर्ष लंबे समय से चली आ रही इस धारणा को चुनौती देते हैं कि नरम-सामग्री घर्षण को सरलीकृत, एक-आयामी 'स्टिक-स्लिप' मॉडल द्वारा पूरी तरह से समझा जा सकता है।" जबकि क्लासिक 'स्टिक-स्लिप' मॉडल कठोर-पर-कठोर प्रणालियों में घर्षण को प्रभावी ढंग से समझाते हैं, जैसे कि दरवाजों के हिंज, रबर जैसी नरम सामग्री कठोर सतहों पर फिसलते समय उल्लेखनीय रूप से भिन्न व्यवहार प्रदर्शित करती है।

इस प्रक्रिया के भौतिकी को सावधानीपूर्वक समझने के लिए, शोधकर्ताओं ने ऑडियो रिकॉर्डिंग के साथ सिंक्रनाइज़ उच्च गति वाले ऑप्टिकल इमेजिंग का उपयोग किया। इसने उन्हें चिकने कांच पर नरम रबर की तेजी से गति को सटीक रूप से देखने की अनुमति दी। उन्होंने जो देखा वह एक चिकनी, निरंतर फिसलन नहीं थी, बल्कि गति इन विशिष्ट ओपनिंग स्लिप पल्स में बंधी हुई थी, जो शुरू होने और रुकने की एक श्रृंखला में रबर में फैल रही थी। यह स्थानीयकृत गति, जहां केवल छोटे क्षेत्र खुलते हैं, फिसलते हैं, और फिर आगे बढ़ते हैं जबकि अन्य क्षेत्र पूर्ण संपर्क में रहते हैं, क्लासिक मॉडल की इस धारणा से काफी भिन्न है कि एक पूरी संपर्क सतह चिपकने और फिसलने के बीच वैकल्पिक होती है।

सबसे आश्चर्यजनक खोजों में से एक छोटे चमक का दिखना था, जिसे टीम ने घर्षण से उत्पन्न होने वाले लघु "बिजली" स्पार्क के रूप में वर्णित किया। विशिष्ट परीक्षणों में, ये विद्युत डिस्चार्ज सक्रिय रूप से स्लिप पल्स को ट्रिगर करते हुए दिखाई दिए। हालांकि उन्हें चरमराहट की आवाज का प्राथमिक स्रोत नहीं बताया गया, उनकी उपस्थिति ने संकेत दिया कि रबर के हिलने पर सिस्टम के भीतर विद्युत ऊर्जा कैसे जमा हो सकती है, जिससे समग्र गतिशीलता में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई जा सके।

सूक्ष्म यांत्रिकी से परे, टीम ने ध्वनि की पिच के संबंध में भी एक महत्वपूर्ण खोज की: रबर का आकार, उसकी गति की गति के बजाय, चरमराहट की आवृत्ति का मुख्य निर्धारक साबित हुआ। जब सपाट रबर ब्लॉक कांच पर फिसलते थे, तो स्लिप पल्स अनियमित होते थे, जिससे एक व्यापक "हश" ध्वनि उत्पन्न होती थी। हालांकि, रबर में पतली लकीरें लगाकर, इन लकीरों ने पल्स को प्रभावी ढंग से सीमित कर दिया, जिससे वे नियमित अंतराल पर दोहराने के लिए मजबूर हो गए। इस संरचनात्मक मार्गदर्शन ने ध्वनि को एक विशिष्ट आवृत्ति या स्वर में बंद कर दिया, जिसमें पिच सीधे रबर की लकीरों की ऊंचाई से सहसंबद्ध थी।

इस तंत्र की विश्वसनीयता इतनी गहरी थी कि शोधकर्ताओं ने विभिन्न लकीरों की ऊंचाई वाले रबर ब्लॉक डिजाइन किए और, उल्लेखनीय रूप से, उनका उपयोग "स्टार वार्स" के प्रतिष्ठित "इंपीरियल मार्च" थीम को मैन्युअल रूप से बजाने के लिए किया। डॉ. जेल्लोउली ने इस चंचल प्रयोग का वर्णन किया: "जब स्टार वार्स थीम गीत को वास्तव में बजाने का समय आया, तो हमें वीडियो को सही करने के लिए तीन पूरे दिन अभ्यास करना पड़ा… मुझे लगता है कि सबसे मजेदार हिस्सा प्रयोगशाला में राहत थी जब हमने तीन दिनों की लगातार, उच्च-पिच वाली चरमराहट के बाद अंततः रिकॉर्डिंग पूरी की। हमारे सहयोगी आखिरकार फिर से कुछ शांति पाकर बहुत खुश थे!"

इन निष्कर्षों के निहितार्थ एथलेटिक फुटवियर के दायरे से कहीं अधिक हैं। इन प्रयोगों में देखे गए स्लिप पल्स भूकंपों में टूटने वाले मोर्चों के साथ आश्चर्यजनक समानताएं साझा करते हैं, जहां एक भूवैज्ञानिक गलती के खंड अचानक टूटते हैं और अत्यधिक उच्च वेग से फिसलते हैं। अध्ययन के सह-लेखक और यरूशलेम के हिब्रू विश्वविद्यालय में भौतिकी के प्रोफेसर और SEAS में विजिटिंग प्रोफेसर डॉ. शमूएल रुबिनस्टीन ने समझाया, "नरम घर्षण को आमतौर पर धीमा माना जाता है, फिर भी हम दिखाते हैं कि एक स्नीकर की चरमराहट भूवैज्ञानिक गलती के टूटने जितनी तेज, या उससे भी तेज फैल सकती है, और उनकी भौतिकी आश्चर्यजनक रूप से समान है।"

भूकंपों के मूलभूत भौतिकी पर नया प्रकाश डालने के अलावा, यह शोध इंजीनियरों को ऐसी सतहों को डिजाइन करने में महत्वपूर्ण रूप से मदद कर सकता है जो मांग पर फिसलन और ग्रिपी स्थितियों के बीच स्विच करने में सक्षम हों। हार्वर्ड में एप्लाइड मैकेनिक्स के प्रोफेसर कटिया बर्टोल्डी ने नोट किया, "उड़ान पर घर्षण व्यवहार को ट्यून करना लंबे समय से एक इंजीनियरिंग सपना रहा है। सतह ज्यामिति स्लिप पल्स को कैसे नियंत्रित करती है, इस पर यह नई अंतर्दृष्टि ट्यूनेबल घर्षण मेटा-सामग्रियों के लिए मार्ग प्रशस्त करती है जो मांग पर कम-घर्षण से उच्च-पकड़ वाले राज्यों में संक्रमण कर सकती हैं।"

यह अध्ययन न केवल एक सामान्य रोजमर्रा की ध्वनि के लिए एक परिष्कृत स्पष्टीकरण प्रदान करता है, बल्कि भूकंप विज्ञान से लेकर उन्नत सामग्री विज्ञान तक विभिन्न क्षेत्रों में अनुसंधान के नए रास्ते भी खोलता है, इस बात पर जोर देता है कि प्रतीत होता है कि छोटी घटनाओं का सावधानीपूर्वक अवलोकन कैसे सार्वभौमिक वैज्ञानिक सिद्धांतों को प्रकट कर सकता है।

इख़बारी समाचार एजेंसी