Новое исследование объяснило, почему скотч «визжит», когда его отклеивают

Если вы когда-нибудь отрывали клейкую ленту от поверхности, то наверняка слышали характерный резкий визг. Новое исследование показало, что этот звук возникает из-за серии микроскопических ударных волн, которые рождаются, когда поперечные трещины в клеевом слое движутся со сверхзвуковой скоростью и достигают края ленты.

Несмотря на десятилетия экспериментов, физикам долго не удавалось полностью объяснить происхождение этого необычного акустического эффекта — скрежета, возникающего при отклеивании скотча. Раскрыть его механизм удалось международной группе ученых из Саудовской Аравии, Китая и Индии. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review E.

Ранее было известно, что скотч отклеивается не плавно, а скачкообразно — по схеме «прилипание — срыв». Когда человек тянет ленту вверх, она на долю секунды остается приклеенной к поверхности. Затем сила натяжения превышает силу сцепления, происходит резкий рывок — и процесс повторяется снова и снова.

Чтобы разобраться в деталях этого явления, исследователи наблюдали за отклеиванием полоски скотча от стеклянной пластины с помощью двух высокоскоростных видеокамер и двух микрофонов, размещенных по обе стороны ленты. Одна камера снимала через стеклянную подложку, позволяя видеть процесс отслаивания клеевого слоя снизу.

Вторая камера работала в режиме шлирен-съемки — метода, который позволяет фиксировать малейшие отклонения световых лучей, возникающие из-за изменений плотности воздуха. Благодаря этому ученые смогли увидеть, как в воздухе рядом с лентой распространяются микроскопические ударные волны.

Синхронизировав видеозаписи и акустические данные, исследователи восстановили полную картину происходящего во время отклеивания.

Оказалось, что когда свободный конец ленты тянут вверх, на небольшом расстоянии от границы между приклеенной и уже отделившейся частью возникает узкая поперечная трещина.

Во время фазы срыва ее фронт начинает двигаться вдоль ленты к боковому краю со скоростью, превышающей скорость звука в воздухе. В экспериментах скорость распространения трещины по клеевому слою достигала примерно 600 метров в секунду — почти вдвое быстрее скорости звука при комнатной температуре (около 343 м/с).

Когда фронт трещины достигает края ленты, в воздух выбрасывается ударная волна. Это происходит потому, что процесс развивается слишком быстро: воздух не успевает заполнить микроскопические вакуумные пузырьки, возникающие вдоль движущегося разрыва клеевого слоя. Когда такие пузырьки доходят до края ленты, они мгновенно схлопываются, порождая ударную волну.

Почти сразу немного выше по ленте формируется новая трещина, и цикл «прилипание — срыв» повторяется. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вся полоска не отклеится.

Поскольку такие циклы происходят с чрезвычайно высокой частотой, возникающие ударные волны следуют одна за другой практически непрерывно. Наш слух не способен различить их по отдельности, и поэтому они сливаются в характерный визжащий звук, который мы слышим при отклеивании скотча.

Источник: Физики выяснили, почему при отклеивании скотч издает визжащий звук — За науку