Каждый, кто хоть раз упаковывал посылку, знаком с пронзительным, резким звуком отклеивающегося скотча. Десятилетиями считалось, что этот «скрежет» вызван обычным трением. Однако новое исследование Сигурдура Торроддсена из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (Саудовская Аравия), опубликованное в журнале Physical Review E, опровергает старую теорию. Оказывается, источник шума — настоящие ударные волны, возникающие из-за микроскопических «сверхзвуковых» разрывов в слое клея.
Трещины опережают воздух
Процесс отклеивания ленты не является плавным. На микроуровне он происходит рывками: клей сначала сопротивляется, а затем резко поддается. В эти моменты по клейкому слою проносятся поперечные трещины со скоростью от 450 до 600 метров в секунду.
Поскольку скорость звука в воздухе составляет около 343 м/с, трещины буквально обгоняют воздух. В результате за фронтом разрыва образуется область низкого давления — крошечный вакуумный зазор. Когда эта «пустота» достигает края ленты и встречается с неподвижным воздухом, происходит резкое схлопывание, порождающее мощный импульс давления. Именно его наши уши воспринимают как характерный щелчок.
От ультразвука до «крика»
Одиночный импульс звучал бы как короткий чирикающий звук. Но при быстром разматывании рулона такие ударные волны возникают с невероятной частотой — до 37 000 раз в секунду. Человеческое ухо не способно различить отдельные микровзрывы и сливает их в один непрерывный, неприятный визг.
Чтобы доказать свою теорию, ученые использовали сверхскоростные камеры (2 миллиона кадров в секунду) и метод шлирен-съемки, который позволяет видеть изменения плотности воздуха. Видео зафиксировало: звуковой импульс рождается ровно в тот момент, когда кончик трещины вылетает на открытый воздух у края ленты.
Физика на рабочем столе
Открытие имеет и практическое значение. Понимая физическую природу шума, инженеры могут разработать «тихий» скотч, изменив способ распространения трещин в клее или геометрию края ленты. Это существенно облегчит жизнь работникам складов и упаковочных цехов, где постоянный грохот клейкой ленты является серьезным фактором стресса.
Мир привычных вещей оказался гораздо экстремальнее, чем кажется: обычная канцелярская принадлежность каждый день устраивает на нашем столе серию сверхзвуковых микровзрывов.
Физики экспериментально нашли лучший способ уронить яйцо
Физики вывели формулу идеального складывания блинов
Физика кенгуру: раскрыт секрет энергоэффективности прыжка
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX