工学：軟質材料と硬質材料の間の摩擦界面における「きしみ音」
Nature 650, 8103 doi: 10.1038/s41586-026-10132-3
きしみ音は、硬い木製の床の上でゴム底の靴をすべらせる、黒板をチョークでこする、自転車のブレーキをかける、人工股関節で歩くといった、日常生活のさまざまな場面で絶えず付きまとう現象である。2種類の硬質物体がすべり合う際、きしみ音は、すべり速度の増加に伴う摩擦係数の減少によって誘発される自励固着–すべり振動に起因すると広く理解されている。しかし、広がりのある界面のすべりでは、亀裂の伝播やすべりパルスの伝播が関与し得る。この違いは、軟質物体が硬質物体上をすべる場合に一層顕著になり、大きな変形と材料の不一致によって、開口型のすべりパルスによって剝離が引き起こされる可能性がある。以前の研究は主に、パルスが遅くきしみ音がない低速すべりに重点を置いていた。軟質物体–硬質物体界面におけるきしみ音は固着–すべり振動と関係付けられてきたが、その機構はまだよく分かっていない。今回我々は、きしみ音を発生させる速度ですべる軟質物体–硬質物体界面を実験的に調べた。高速撮像と音響解析によって、開口パルスが軟質材料のせん断波速度とほぼ等しい速度で伝播し、さまざまな材料にわたって局所すべりを媒介することが示された。平坦な試料では、こうしたパルスは不規則であり、広帯域音響放出を生じる。微小な表面隆起を導入するとパルス伝播が制限され、すべるブロックの第一せん断モードと一致する一貫した繰り返し周波数が得られ、その周波数できしみ音が生じた。これらの知見は、構造によって駆動される機構が、2つの材料間に摩擦がある場合の破壊を安定化させることを示している。幾何学的な閉じ込めは競合モードを抑制して、不規則な二次元ダイナミクスをコヒーレントな一次元パルス列に変換し、これによって工学的表面から断層まで、摩擦破壊に関する新たな知見がもたらされる。
