Если когда-либо использовалась клейкая лента, знаком характерный резкий звук, возникающий при её отклеивании от поверхности. Недавние исследования показали, что этот звук обусловлен серией микроскопических ударных волн, которые формируются, когда поперечные трещины на ленте, двигаясь с сверхзвуковой скоростью, достигают её края.

Механизм возникновения звука

Несмотря на длительные экспериментальные исследования, физикам долгое время не удавалось полностью объяснить природу этого акустического явления — визга скотча при его отрыве. Впервые подробный механизм был установлен группой учёных из Саудовской Аравии, Китая и Индии.

Ранее было установлено, что процесс отклеивания скотча происходит неравномерно, а по схеме «прилипание — срыв». При натяжении края ленты она на мгновение остаётся приклеенной, затем сила натяжения превышает силу сцепления, происходит резкий срыв, и цикл повторяется.

Экспериментальные наблюдения

В ходе эксперимента исследователи изучали процесс отклеивания полоски скотча от стеклянной пластины с помощью двух высокоскоростных видеокамер и двух микрофонов, размещённых по обе стороны ленты. Одна камера фиксировала процесс через стекло, обеспечивая вид снизу на клейкий слой, вторая работала в режиме шлирен-съёмки, позволяя наблюдать мельчайшие изменения плотности воздуха, вызванные ударными волнами.

Обнаруженные процессы

Синхронизация видеозаписей и аудиозаписей позволила подробно рассмотреть происходящее при отрыве ленты. Было установлено, что при натяжении свободного конца ленты вблизи границы между отклеенной и неотклеенной областью формируется узкая поперечная трещина. В фазе срыва конец этой трещины движется к краю ленты со скоростью, превышающей скорость звука в воздухе — до 600 метров в секунду (для сравнения, скорость звука в воздухе при комнатной температуре составляет 343 метра в секунду).

Когда конец трещины достигает края ленты, в воздух выбрасывается ударная волна. Это происходит из-за того, что процесс идёт слишком быстро, и воздух не успевает заполнить микроскопические вакуумные пузырьки, возникающие при движении трещины по клеевому слою. При достижении края эти области вакуума схлопываются, вызывая ударную волну.

Повторяющиеся циклы

Почти сразу выше по ленте формируется новая трещина, и цикл «прилипание — срыв» повторяется до полного отклеивания полоски. Поскольку эти циклы сменяют друг друга с очень высокой скоростью, слышимый визг представляет собой звуковые колебания от последовательных ударных волн, которые следуют друг за другом слишком быстро, чтобы человеческое ухо могло различить их по отдельности. В результате возникает непрерывный скрежещущий звук.