Už jste někdy zažili situaci, kdy v nejnapjatějším momentě filmu naruší atmosféru zašustění pytlíku bonbonů? A napadlo vás, proč vlastně mikrotenový sáček nebo alobal vydává zrovna takový zvuk?
K pochopení tohoto jevu nám pomůže víčko od kojenecké výživy. Jestliže zatlačíme prstem na jeho vydutou část, ozve se ostré cvaknutí. Původní stabilní poloha víčka se totiž pod vlivem tlaku prstu změnila na nestabilní a víčko přeskočilo do nové stabilní polohy, při níž je vyduté na druhou stranu než bylo původně. Takovýto přeskok je velmi rychlý, protože víčko je poměrně lehké, zatímco síly v něm působící jsou relativně velké. Rychlý přeskok pak vyvolá chvění vzduchu, které vnímáme jako zvuk cvaknutí víčka.
A jak je to s tím sáčkem? Prohlédneme-li si zblízka mikrotenový pytlík, zjistíme, že jeho povrch je složen z velkého množství malých plošek oddělených ohyby. Když sáček začneme deformovat, stane se s některou ploškou přesně totéž, co s uvedeným víčkem. Její poloha přestane být stabilní, ploška přeskočí do nové rovnovážné polohy a to se projeví slabým, sotva slyšitelným lupnutím.
Nejlépe je to znát při pomalé deformaci kousku alobalu – tehdy jasně vidíme jednotlivé přeskoky a slyšíme jimi způsobená lupnutí. Pokud sáček nebo alobal deformujeme rychle, přeskakují popsaným způsobem stovky nebo tisíce plošek rychle po sobě. Sérii mnoha lupnutí pak vnímáme jako šustění. Protože lupnutí nepřicházejí v pravidelných časových intervalech, ale náhodně, nevydává sáček žádný hudební tón, ale jen nepravidelný šum.
Vrzání dveří
Podobně nepříjemný jako šustění sáčku je zvuk vrzání dveří nebo skřípění brzd vlaku. I tyto zvuky lze poměrně jednoduše vysvětlit pomocí fyzikálních zákonů.
Představme si vrzající dveře. Jestliže na takové dveře zatlačíme, díky velkému tření zpočátku nedojde k prokluzu v jejich pantech, ale k deformaci dveří. Jak síla, kterou na dveře tlačíme, narůstá, roste i statická třecí síla v pantech. Ta v určité chvíli dosáhne mezní hodnoty, nad kterou nemůže jít, a pant začne prokluzovat.
V tom okamžiku se ovšem statické tření změní ve tření dynamické, které je o něco menší. Díky tomu odpor pantů najednou skokem poklesne a dveře se začnou pohybovat. Díky napružení dveří je tento pohyb značně zrychlený, panty poskočí, tím napětí v nich poklesne a dostane se opět pod hodnotu maximálního statického tření. V té chvíli se pohyb pantů zastaví, pak třecí síla začne narůstat a celý proces se opakuje.
Panty vrzajících dveří se tedy nepohybují rovnoměrně, ale poskakují. Vzniklé vibrace se přenesou na vzduch a vytvoří typický vrzavý zvuk. Čím rychleji budeme takovými dveřmi pohybovat, tím rychleji se budou přeskoky opakovat a zvuk, který dveře vydávají, bude mít vyšší frekvenci. Pokud ovšem dveře otevřeme příliš rychle, nebudou se panty už stíhat zastavovat a k vrzání vůbec nedojde.
Vrzání dveří úzce souvisí i s mechanismem rozechvívání struny smyčcem při hře na housle. I tam je důležitý rozdíl mezi statickým a dynamickým třením, který se ještě zvýší potřením smyčce kalafunou.
Velký rozdíl mezi třeními je žádoucí i při jízdě na běžkách. Při odrazu je totiž dobré, aby tření bylo co největší a lyže nepodklouzla. Na druhou stranu dynamické tření by mělo být co nejmenší, protože po odrazu se chceme na druhé lyži co nejdále sklouznout. Umění mazání lyží tak spočívá v tom, jak pomocí vhodného vosku co nejvíce zvětšit statické a současně zmenšit dynamické tření na daném typu sněhu.
A nakonec zmiňme, že s vrzáním dveří úzce souvisí i zemětřesení. Při něm však po sobě místo pantů kloužou pevninské desky, v nichž postupně po mnoho let rostlo napětí. To se pak v určité chvíli uvolní, když statické tření mezi deskami už není schopno toto napětí udržet, a desky po sobě poskočí za vzniku zemětřesení.
Autor je profesorem v Ústavu teoretické fyziky a astrofyziky PřF MU.
