Quando una porta cigola nel cuore della notte o il treno della metropolitana strida durante una brusca curva, il rumore può sembrare insopportabile. Ma dietro questi fastidiosi suoni c’è un fenomeno scientifico affascinante e complesso. Perché il metallo cigola? Perché alcuni metalli emettono quei suoni acuti e irritanti che possono farci accapponare la pelle?
La meccanica del cigolio
Il cigolio del metallo è un fenomeno che può essere spiegato attraverso una combinazione di attrito, vibrazioni e le proprietà fisiche del materiale metallico. Secondo Robert Hyers, professore di ingegneria meccanica e dei materiali presso il Worcester Polytechnic Institute, il cigolio è essenzialmente il risultato di “tonfi periodici” tra pezzi di metallo che si attaccano e scivolano l’uno contro l’altro. Questi colpi si verificano così rapidamente che l’orecchio umano li percepisce come un suono continuo e acuto.
Il meccanismo alla base di questo fenomeno non è dissimile da altri suoni fastidiosi che possiamo incontrare nella vita quotidiana, come lo stridio dei pneumatici su asfalto bagnato o il cigolio di una tavola di legno. Come spiegato da Hyers, quando i pezzi di metallo si muovono l’uno contro l’altro, il loro attrito crea una serie di vibrazioni. Queste vibrazioni sono avvertite come un cigolio quando i “colpi” sono abbastanza ravvicinati da sovrapporsi e formare un suono continuo.
Il ruolo dei lubrificanti e dell’attrito
Un fattore cruciale nel cigolio del metallo è la presenza di lubrificanti come l’olio o l’acqua. Yip-Wah Chung, professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la Northwestern University, spiega che durante momenti di elevato stress da contatto, i lubrificanti possono essere “schiacciati” e non riescono a ridurre l’attrito come dovrebbero. Questo attrito incrementato fa sì che i pezzi di metallo si attacchino e si staccano in modo intermittente, creando le vibrazioni che percepiamo come cigolio.
Questa interazione è simile a quella che si verifica quando trasciniamo le dita su una finestra di vetro, creando attrito e vibrazioni. Anche se l’attrito è una parte fondamentale del processo, è l’alternanza tra l’attacco e lo scivolamento che produce il caratteristico cigolio del metallo.
Vibrazioni e proprietà acustiche dei metalli
Chengzhi Shi, professore associato di ingegneria meccanica presso l’Università del Michigan, sottolinea che le vibrazioni prodotte dall’attrito sono simili a pizzicare una corda di chitarra. Quando il metallo si attacca e scivola, queste vibrazioni sono emesse come suono. La frequenza e l’intensità di queste vibrazioni variano in base alla forma e al tipo di metallo coinvolto.
Naresh Thadhani, professore di scienza dei materiali e ingegneria presso la Georgia Tech, aggiunge che i metalli sono particolarmente rumorosi a causa della loro densità e rigidità. Questi materiali creano onde sonore che si muovono più velocemente e con ampiezze più elevate rispetto ad altri materiali, amplificando il suono del cigolio. La combinazione di una maggiore densità e rigidità contribuisce a rendere il cigolio dei metalli più pronunciato e penetrante rispetto ad altri materiali.
Cigolio dei treni e delle porte
Una domanda comune è perché il cigolio di un treno della metropolitana sia molto più forte rispetto a quello di una semplice cerniera di porta. Thadhani spiega che la differenza di intensità è dovuta a una maggiore pressione, velocità e dimensioni dei componenti. I treni della metropolitana operano a velocità elevate e sopportano carichi pesanti, il che amplifica notevolmente il cigolio. In contrasto, una cerniera di porta è sottoposta a forze e velocità molto più basse, risultando in un cigolio meno intenso.
Mentre il cigolio può essere fastidioso, è anche un aspetto cruciale del funzionamento di molti sistemi meccanici. Chung sottolinea che esistono due principali approcci per ridurre il cigolio: diminuire il carico sul contatto e migliorare la lubrificazione. Per esempio, applicare un lubrificante come il WD-40 su una cerniera cigolante può ridurre l’attrito e diminuire il rumore. Tuttavia, nel caso di treni della metropolitana o altre macchine ad alta velocità, rimuovere l’attrito completamente potrebbe compromettere la sicurezza operativa. Il cigolio in questi casi può aiutare a garantire una frenata e un’accelerazione più efficaci.
