体育館で鳴るスニーカーの「キュッ」、靴底がはがれていく波が音を出していた

編集・パクト

体育館でバスケットボールをしていると、急に止まるたびにスニーカーが「キュッ」と鳴ります。ゴムと床がこすれて鳴っていることは、なんとなく分かります。

では、なぜあんなに高く、はっきりした音になるのでしょうか。じつは、この仕組みはこれまでよく分かっていませんでした。

2026年2月、ハーバード大学を中心とする国際チームが、その答えを学術誌『Nature』で報告しました。靴底のゴムが床からしわのようにはがれていく波が、端に着くたびに空気をけり、その回数が音の高さになっていたのです。チームは見つけた関係を使って、ゴムのブロックで『スター・ウォーズ』の曲まで鳴らしてみせました。

「くっつく・滑る」だけでは説明しきれなかった

こすれて鳴る音は、長いあいだ「スティック・スリップ」で説明されてきました。くっついて止まる、急に滑る、を細かくくり返すことで、ゆれが生まれるという考え方です。バイオリンの弓や、きしむドアの音も、この仕組みで説明されます。

ハーバード大学の発表によると、この考え方は、ドアのちょうつがいのような硬い物どうしの音はよく説明できます。けれども、靴と床のように、やわらかい物が硬い物の上を滑るときの音は、十分には説明できていませんでした。

そこでチームは、床の代わりにガラスを使い、ガラスの下からゴムとの接し方を撮りました。ガラスの中で光を反射させる「全反射」という撮り方で、ゴムがくっついている所は明るく、はがれた所は暗く映ります。これを、最大で毎秒100万コマのカメラで撮影し、音も同時に記録しました。

靴底を走る、しわのような「はがれの波」

映像に映ったのは、ゴムがいっせいに滑る姿ではありませんでした。ゴムの小さな部分がしわのように浮いてはがれ、その「はがれの波」が接している面を伝わっていく姿だったのです。

論文の要旨によると、この波は、ゴムの中を伝わる横ゆれの波(せん断波)とほぼ同じ速さで進みます。Scientific Americanの記事は、波が靴底の出っぱりの端に着いたところで、外の空気が小さくけられる、と説明しています。

この波は、何度もくり返し生まれます。Science Newsによると、バスケットボールシューズの実験では、波が毎秒およそ4800回くり返されていました。この回数が、音の高さそのものになります。耳には1つの「キュッ」でも、靴底では数千回の小さなけりが続いているわけです。

細い出っぱりが、音の高さをそろえていた

靴底には、細い出っぱりの模様が刻まれています。チームは、この模様が音にどう関わるのかを、ゴムのブロックで確かめました。

平らなゴムのブロックをガラスの上で滑らせると、はがれの波は不規則に出ました。音も、音程のない「ざーっ」という雑音になりました。

ところが、ゴムに細い出っぱりを付けると、波が出っぱりに沿って閉じこめられ、同じ間隔で出るようになりました。その結果、はっきりした音程のある音が鳴りました。

このときの繰り返しの回数は、論文の要旨によると、ブロックが横にゆれるときの1番目の振動と一致していました。ハーバード大学の発表は、音の高さは主にブロックの高さで決まる、と書いています。Science Newsは、ブロックの厚みと硬さで決まると書きました。ブロックが横にゆれる振動の速さは、ふつうブロックの高さ(厚み)とゴムの硬さで決まるので、2つの書き方は同じことを別の言い方で伝えていると考えられます。

ゴムのブロックで鳴らした『帝国のマーチ』

音の高さがブロックの高さで決まるなら、鳴らしたい音の高さから、ブロックの高さを逆に決められます。

チームは、高さを変えたゴムのブロックを並べ、ガラスの上で手で滑らせて、『スター・ウォーズ』のダース・ベイダーのテーマ『帝国のマーチ』を鳴らしました。靴をはいて歩いたら曲が鳴った、という話ではありません。ガラスの上でブロックを手で滑らせた実演です。

筆頭著者のアデル・ジェルーリ氏は、Scientific Americanの取材に「リハーサルに3日かかりました。グラフで示すこともできましたが、それでは楽しくないでしょう」と話しています。

小さな稲妻と、断層の地震

映像からは、思いがけないものも見つかりました。ハーバード大学の発表によると、はがれの波は、こすれてたまった電気が放電する「小さな稲妻」がきっかけで始まることがありました。

はがれの波の伝わり方は、断層が滑る地震とも似ています。地震では、断層に沿って破壊や滑りの波が、とても速く伝わります。共同研究者のシュムエル・ルビンシュタイン氏(ヘブライ大学教授)は、「やわらかい物の摩擦はふつう遅いと考えられていますが、スニーカーの鳴き音は、地質の断層の破壊と同じくらいか、それより速く伝わりうること、そして両者の物理がとてもよく似ていることを示しました」と述べています。

ノッティンガム大学のガブリエレ・アルベルティーニ氏は、「小さな表面の形が、摩擦の動きをこれほど強く組み替えるとは驚きました」と話しています。チームを率いたハーバード大学のカティア・ベルトルディ教授は、表面の形で波を操れれば、滑りやすい状態としっかり止まる状態を切り替えられる素材につながる、と見ています。

聞こえない靴は作れるのか

音の高さがブロックの厚みや硬さで決まるなら、鳴き音を人には聞こえない超音波の高さまでずらせるかもしれません。Science Newsの取材に、ジェルーリ氏は、靴底を薄くするか、素材を変える方法を挙げています。

ただし、これは研究者が話した考えで、実際に静かな靴を作って試したわけではありません。ジェルーリ氏自身も、薄い靴底は運動には向かないかもしれないと話しています。そして、超音波は犬には聞こえるので、「犬をいらだたせてもかまわなければ、ですが」と付け加えました。

次に体育館で「キュッ」を聞いたら、靴底の出っぱりの上を、はがれの波が毎秒数千回も走っていることを思い出してみてください。