دانشمندان علت «جیغ کشیدن» چسب نواری را کشف کردند

خبرآنلاین: بسیاری از ما این صدا را شنیده‌ایم؛ وقتی یک چسب شفاف را از روی شیشه یا سطح صاف جدا می‌کنیم، صدایی تیز و جیغ‌مانند ایجاد می‌شود. حالا گروهی از فیزیکدانان سرانجام توضیح داده‌اند که دلیل این صدا چیست.

پژوهشگران به سرپرستی «ار چیانگ لی» از دانشگاه علم و فناوری چین، با استفاده از دوربین‌های فوق‌سریع و میکروفن‌های بسیار حساس، فرایند جدا شدن چسب شفاف «اسکاچ» از شیشه را با دقت بررسی کردند.

نتیجه بررسی‌ها نشان می‌دهد این صدا در واقع حاصل مجموعه‌ای از موج‌های ضربه‌ای بسیار کوچک است که هنگام گسترش ترک‌های فوق‌سریع در لایه چسب ایجاد می‌شوند.

نقش شکست‌های فوق‌سریع در تولید صدا

وقتی چسب را جدا می‌کنیم، این فرایند به‌صورت یکنواخت اتفاق نمی‌افتد. فیزیکدانان این رفتار را «چسبیدن–لغزش» می‌نامند.

در این حالت، چسب برای کسری از ثانیه به سطح می‌چسبد (مرحله «چسبیدن») و سپس ناگهان جدا می‌شود (مرحله «لغزش»)؛ این چرخه بارها تکرار می‌شود.

اما در مقیاس میکروسکوپی اتفاق مهم‌تری رخ می‌دهد: چسب به‌صورت یکنواخت در عرض خود جدا نمی‌شود، بلکه ترک‌هایی باریک از یک لبه به لبه دیگر حرکت می‌کنند. به این ترک‌ها «شکست عرضی» گفته می‌شود.

سرعتی نزدیک به دو برابر سرعت صوت

اندازه‌گیری‌ها نشان داد سرعت این ترک‌ها بین ۲۵۰ تا ۶۰۰ متر بر ثانیه است. برای مقایسه، سرعت صوت در هوا در دمای اتاق حدود ۳۴۲ متر بر ثانیه است.

این یعنی برخی از این شکست‌ها با سرعتی نزدیک به دو برابر سرعت صوت حرکت می‌کنند.

به همین دلیل، هنگام حرکت سریع ترک، یک حفره کوچک و موقتی میان چسب و شیشه ایجاد می‌شود. هوا نمی‌تواند به‌سرعت این فضای خالی را پر کند. وقتی این حفره به لبه چسب می‌رسد، ناگهان فرو می‌ریزد و همین فروپاشی، یک موج ضربه‌ای ضعیف در هوا ایجاد می‌کند.

در واقع چسب نواری هنگام جدا شدن، نوعی «سونیک بوم» بسیار کوچک تولید می‌کند؛ البته نه به قدرت شکستن دیوار صوتی توسط هواپیما، بلکه در مقیاسی بسیار ضعیف‌تر.

ثبت صدا با دوربین و سامانه تصویربرداری ویژه

پژوهشگران از دو میکروفن و دو دوربین پرسرعت استفاده کردند. یکی از دوربین‌ها از زیر شیشه، ترک‌های ایجادشده را ثبت می‌کرد و دوربین دیگر با استفاده از سامانه تصویربرداری «اشلیرن» آشفتگی‌های هوای اطراف را نشان می‌داد.

با مقایسه زمان رسیدن صدا به دو میکروفن، مشخص شد موج‌های ضربه‌ای دقیقاً از لبه چسب آغاز می‌شوند، نه از طول ترک.

محققان می‌گویند اگرچه امواج کشسانی در بخش جداشده چسب نیز می‌توانند صدا تولید کنند، اما تصاویر ثبت‌شده نشان می‌دهد موج‌های ضربه‌ای ناشی از فروپاشی حفره هوا، عامل اصلی صدای تیز چسب نواری هستند.

صدای جیغ‌مانند چسب نواری هنگام جدا شدن، نتیجه حرکت ترک‌های بسیار سریع در لایه چسب و ایجاد موج‌های ضربه‌ای کوچک در هواست.

به بیان ساده، برای شکستن دیوار صوتی لازم نیست خلبان باشید؛ کافی است یک رول چسب را با سرعت از روی سطح جدا کنید.