Несмотря на десятилетия экспериментальных исследований, физики до сих пор не могли полностью объяснить происхождение этого интригующего акустического эффекта — «визга» скотча, отрываемого от поверхности. Раскрыть этот механизм впервые удалось команде ученых из Саудовской Аравии, Китая и Индии, статья которых опубликована в журнале Physical Review E.
Предыдущие исследования показали, что процесс отклеивания скотча происходит не равномерно, а по схеме «прилипание — срыв». Вы тянете край ленты вверх, она долю секунды остается приклеенной к поверхности, затем сила натяжения превосходит силу прилипания, и происходит резкий рывок (срыв), а дальше все повторяется снова и снова.
Исследователи подробно изучили процесс отклеивания полоски скотча от прозрачной стеклянной пластины с помощью комбинации из двух высокоскоростных видеокамер и двух микрофонов, установленных по обе стороны от ленты. Одна камера снимала через стеклянную подложку, обеспечивая вид снизу на отслаивающийся клейкий слой.
Вторая камера функционировала в режиме шлирен-съемки — метода, который позволяет увидеть мельчайшие отклонения световых лучей из-за точечных изменений плотности воздуха. Шлирен-съемка показала, что в воздухе рядом с клейкой лентой распространяются крошечные ударные волны.
Когда ученые синхронизировали изображения с камер и записи с микрофонов, они смогли детально разобраться в том, что происходит при отрывании скотча от поверхности.
Исследователи выяснили, что когда свободный конец ленты тянут вверх, на небольшом расстоянии от границы между отслоенной и неотслоенной областями образуется узкая поперечная трещина.
В фазе срыва конец этой трещины продвигается к боковому краю ленты со скоростью, превышающей скорость распространения звука в окружающем воздухе. Скорость, с которой «бежит» трещина по клеевому слою, может достигать 600 метров в секунду. Для сравнения, скорость звука в воздухе при комнатной температуре составляет 343 метра в секунду.
Когда кончик трещины достигает края ленты, в воздух вырывается ударная волна. Это происходит потому, что процесс идет слишком быстро для того, чтобы воздух успевал заполнять микроскопические вакуумные пузырьки, которые образуются при движении конца трещины по клеевому слою. Когда эти крошечные области вакуума достигают края, они резко схлопываются, и запускается ударная волна.
Почти сразу чуть выше по ленте начинает формироваться новая трещина, и циклы «прилипания — срыва» повторяются до тех пор, пока не полоска не отклеится.
Поскольку эти циклы сменяют друг друга с чрезвычайно высокой скоростью, эксперимент показал, что визг, который мы слышим, на самом деле представляет собой звуковые колебания от идущих одна за другой ударных волн. Они следуют друг за другом слишком быстро, чтобы наши уши могли различить их по отдельности, сливаясь в один непрерывный скрежещущий звук.