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Warum Sneaker wirklich quietschen

Quietschende Sohlen sind im Alltag nervig, auf dem Basketballcourt die Begleitmusik und für die Wissenschaft interessant: Forschende aus Harvard waren überrascht, was bei der Reibung zwischen Gummi und Boden passiert.

Da ist dieses Geräusch. Ein hochfrequentes Quietschen. Immer und immer wieder. Als Adel Djellouli in den USA ein Basketballspiel besucht, nimmt der Physiker anschliessend eine Frage mit an die Elite-Uni Harvard: Was steckt hinter diesem Sound? Eine Forschungsreihe, eine Nature-Publikation und eine mit Gummiklötzen gequietschte Star-Wars-Titelmelodie später ist klar, dass diese Frage nur auf den ersten Blick eine simple war.

Wellen knapp unter Schallgeschwindigkeit

Das Quietschen der Sohlen wurde bislang auf den Slip-Stick-Effekt zurückgeführt. Reibung, die durch den schnellen Wechsel zwischen Haften und Gleiten zweier Oberflächen entsteht. Das würde bedeuten: Die Sohle klebt am Boden fest, während das Bein sie weiterschiebt und dehnt, bis sie sich ruckartig losreisst und nach vorne schnellt.

Stattdessen stellten die Forschenden fest, dass die Gummisohle winzige Ablösungswellen bildet. Diese jagen fast mit Schallgeschwindigkeit durch das Material der Sohle hindurch und übertreffen diese manchmal sogar. Sie sind etwa achtzig mal schneller, als sich der Schuh als Ganzes bewegt. Die Luft zwischen Schuh und Boden wird verdrängt und wie von einer extrem schnellen Mini-Pumpe wieder angesaugt.

Ohne Profil kein Quietschen

Djellouli vergleicht den Effekt mit einem Teppich, den du ruckartig glattziehst. Dabei läuft eine kleine Welle von einem Ende zum anderen. Beim Schuh entsteht diese Wellenbewegung jedoch nicht nur einmal, sondern bis zu 5000 Mal pro Sekunde.

Jedes Mal, wenn eine Gummifalte den Bodenkontakt kurz verliert und wieder erlangt, entsteht ein winziger Stoss und bringt die Luft zum Schwingen – du hörst das typische hohe Quietschen.

Dafür braucht die Sohle allerdings ein Profil. Hat sie keines, macht sie zwar Reibungsgeräusche, quietscht aber nicht. Erst durch die Geometrie der Rillen entsteht – unabhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit – immer der gleiche Ton.

Musik in den Ohren der Forschenden

Die Forschenden konnten die Frequenz bei Versuchen mit unterschiedlich dicken Gummiblöcken variieren. So genau, dass sie auf eine unterhaltsame Idee kamen: «Der Zusammenhang zwischen Höhe und Frequenz war so präzise, dass wir mit den Blöcken Musik machen konnten», sagt Djellouli. Sie entschieden sich für die Titelmelodie von Star Wars.

Das musikalische Intermezzo dient vermutlich vor allem dazu, die Ergebnisse auch für Laien interessant darzustellen. Aber es zeigt, dass die Forschenden die Physik des Quietschens nicht nur verstanden haben, sondern sie auch kontrollieren können. Diese Erkenntnisse über Reibung sind weit über die Turnhalle hinaus interessant.

Was im Kleinen unter dem Sneaker passiert, ähnelt zum Beispiel den Kräften bei einem Erdbeben, die freigesetzt werden, wenn zwei Erdplatten aneinander vorbeigleiten. Djellouli äussert die Hoffnung, dass die Erkenntnisse dazu beitragen könnten, mehr über Erdbeben zu lernen und sie letztlich besser vorherzusagen. Doch auch die Industrie hat ein handfestes Interesse: Die Studie wurde vom deutschen Chemiekonzern BASF unterstützt, der Sportmarken wie Adidas mit Materialien beliefert.

Geistesblitze und Lichtblitze

Entsprechend konnte die internationale Forschergruppe technisch aus dem Vollen schöpfen. Um zu erfassen, was zwischen Sohle und Untergrund passiert, nutzte sie eine High-Speed-Kamera, die bis zu eine Million Bilder pro Sekunde liefert. Die Kamera filmt mit ihrer extrem hohen Bildrate, wie der Kontakt des Schuhprofils die Lichtleitung im beleuchteten Glas stört. Das wiederum wurde mit einem speziellen Mikroskopieverfahren sichtbar gemacht.

Als besonderen Wow-Moment beschreibt Djellouli die Entdeckung, dass unter der Sohle bei der Aufnahme winzige Lichtpunkte aufblitzen. Sie entstehen dort, wo der Kontakt zum Untergrund kurzzeitig unterbrochen wird. Mit dem Geräusch haben diese optischen «Mini-Gewitter» allerdings nichts zu tun: Schliesslich donnert es nicht, sondern es quietscht nur.

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Titelbild: Shutterstock/Suellen Scanavini

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Einfacher Schreiber, zweifacher Papi. Ist gerne in Bewegung, hangelt sich durch den Familienalltag, jongliert mit mehreren Bällen und lässt ab und zu etwas fallen. Einen Ball. Oder eine Bemerkung. Oder beides.


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