Исследователи выясняют, почему мы поскальзываемся и падаем и как этого избежать

Марти Левайн

Одна группа исследователей Питта приближается к пониманию научных причин, которые заставляют нас скользить и падать, и как лучше это предотвратить – и нам нужно подняться с пола и обратить на это внимание.

Наука об измерении трения, смазки и того, как вещи соприкасаются, вибрируют и изнашиваются (например, ваша обувь касается земли) называется «трибологией». Курт Бешорнер, преподаватель инженерной школы Суонсона, изучает биомеханику сцепления или скольжения обуви на сухих и влажных поверхностях, вплоть до нанометрового уровня.

«Это не очень известная субдисциплина, и я, как и многие люди, которые в конечном итоге занимаются трибологией, не задумывался об этой специализации», — говорит он.

Будучи студентом-механиком, Бешорнер обнаружил, как эта наука применима к людям с помощью биомеханики. Затем, защитив докторскую диссертацию. В Лаборатории движения и равновесия Питта он обнаружил коллег-исследователей, которые уже пытались понять несчастные случаи, связанные с скольжением и падением. "Стало ясно, - сказал он, - что эта сфера "действительно слаборазвита". Смазка двигателей и сцепление шин изучались уже давно, но более современные исследования не нашли должного применения к людям и их обуви.

Бешорнер и Тевис Джейкобс, преподаватели школы Суонсона в области механики и материаловедения, уже второй год получают двухлетний грант Национального института безопасности и гигиены труда на измерение шероховатости поверхности в наименьшем из когда-либо существовавших масштабах. Они также сотрудничают с Американским советом по плитке, который стремится разрабатывать плитки с наилучшим сцеплением.

Мы знаем, что лед очень скользкий. Но мы знаем, что было бы бесполезно иметь обувь, которая сразу и недвижимо прилипала бы к любой поверхности. Так где же между этими двумя крайностями находится та самая золотая середина для самой безопасной прогулки? Какая поверхность самая лучшая и какая обувь самая полезная?

Все дело в создании правильного вида и количества трения. Трение происходит в самых разных условиях: влажных и сухих. Полы, которые кажутся гладкими, имеют некоторую степень трения, и исследование Бешорнера и Джейкобса сосредоточено на гистерезисном трении — вибрации материалов подошв обуви при контакте с неровностями разного размера и множества неровностей на полу, особенно невидимыми, крошечными.

«Пол, даже если он выглядит плоским, при увеличении выглядит очень грубым», — отмечает Бешорнер. Конечно, черновые детали очень крошечные, говорит он, «но вот в чем особенность действительно очень крошечных вещей — их много».

Команда исследователей тестирует напольное покрытие несколькими способами, в том числе изучает характеристики поверхности с помощью электронной микроскопии и «ходит» по полу с помощью механической голени и ступни, на которые надевается различная обувь, измеряя множество сил, с которыми сталкивается каждая обувь, включая трение, с помощью различные материалы и условия напольного покрытия.

Долгосрочные цели исследования — помочь обувным компаниям создать более цепкую обувь, а компаниям, занимающимся напольными покрытиями, улучшить дизайн полов, а также «найти эффективные способы предоставления потребителям информации, чтобы они могли принимать более обоснованные решения о сцеплении или трении обуви». и полы они покупают».

По его словам, «у нас уже есть некоторые убедительные результаты, которые, по нашему мнению, оправдывают продолжение исследований», и команда намерена искать дальнейшее финансирование.

Тем временем они представят краткий обзор этих первых результатов на конференции по гидротехнике в Осаке в следующем месяце, показав, что их испытания и моделирование позволяют предсказать риск проскальзывания.

Исследование показало, что когда вы ходите, вибрация вашей обуви происходит с разной частотой в разных местах. Крупномасштабные элементы на полу вызывают вибрацию материалов нижней части обуви на более низких частотах, тогда как более мелкие элементы создают более высокочастотные вибрации, поскольку они расположены ближе друг к другу. «Чем больше энергии теряется из-за этой вибрации, тем меньше риск поскользнуться», — объясняет он. Поверхность лучше захватывает обувь.