Сверхзвуковые трещины и микровзрывы: физики раскрыли секрет раздражающего звука канцелярского скотча

Специфический резкий звук, возникающий при отматывании клейкой ленты от рулона, знаком каждому. Журнал Science сообщает, что команда физиков из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST) наконец-то выяснила фундаментальную природу этого явления. Оказалось, что за бытовым шумом скрываются сложные аэродинамические процессы, происходящие на сверхзвуковых скоростях. Результаты работы готовятся к публикации в авторитетном журнале Physical Review E и могут помочь упаковочной индустрии избавиться от постоянного шумового загрязнения на производствах.

Ранее было известно, что лента отрывается от рулона не плавно, а микроскопическими рывками (эффект «slip-stick»). Чтобы понять, что происходит в момент рывка, ученые приклеили скотч к толстому стеклу и начали его отрывать, снимая процесс снизу через стекло с помощью высокоскоростной камеры. Вторая сверхбыстрая камера, снимающая со скоростью 2 миллиона кадров в секунду, фиксировала малейшие изменения плотности окружающего воздуха.

Оказалось, что в клеевом слое перпендикулярно направлению отрыва образуются микроскопические трещины. Эти трещины распространяются по ширине ленты с колоссальной скоростью, превышающей скорость звука в воздухе.

Именно сверхзвуковая скорость разрастания трещин является ключом к появлению резкого звука. Когда в клее образуется трещина, окружающий воздух устремляется внутрь, чтобы заполнить образовавшееся пространство. Однако трещина движется настолько быстро, что воздух просто не успевает за ней.

В результате внутри клеевого слоя образуются микроскопические пустоты с экстремально низким давлением. Как только трещина достигает края ленты, эти вакуумные «карманы» резко схлопываются, выплескивая в воздух серию резких ударных волн.

Анастасия Крушинская (Университет Гронингена), комментируя работу коллег, отмечает: «То, что мы слышим при отрывании скотча — это звук схлопывания пустот низкого давления». В будущем исследователи планируют создать механическую установку для контроля угла и скорости отрыва, что позволит инженерам-химикам разработать новые составы клея, не создающие сверхзвуковых трещин.

Источник: science.org