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

Специфический резкий звук, возникающий при отматыванииклейкой ленты от рулона, знаком каждому. Журнал Science сообщает, что командафизиков из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST)наконец-то выяснила фундаментальную природу этого явления. Оказалось, что забытовым шумом скрываются сложные аэродинамические процессы, происходящие насверхзвуковых скоростях. Результаты работы готовятся к публикации вавторитетном журнале Physical Review E и могут помочь упаковочной индустрииизбавиться от постоянного шумового загрязнения на производствах.

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

Оказалось, что в клеевом слое перпендикулярно направлениюотрыва образуются микроскопические трещины. Эти трещины распространяются поширине ленты с колоссальной скоростью, превышающей скорость звука в воздухе.

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

В результате внутри клеевого слоя образуютсямикроскопические пустоты с экстремально низким давлением. Как только трещинадостигает края ленты, эти вакуумные «карманы» резко схлопываются, выплескивая ввоздух серию резких ударных волн.

Анастасия Крушинская (Университет Гронингена), комментируяработу коллег, отмечает: «То, что мы слышим при отрывании скотча — это звуксхлопывания пустот низкого давления». В будущем исследователи планируют создатьмеханическую установку для контроля угла и скорости отрыва, что позволитинженерам-химикам разработать новые составы клея, не создающие сверхзвуковыхтрещин.

Источник:science.org