科學家揭秘撕膠帶時為何能發出聲音

你肯定注意到過，從卷筒上撕下膠帶時，會發出一種獨特的尖銳聲。如今，科學家揭示了膠帶發出這種標志性聲音的原理，相關研究成果2月24日發表于《物理評論E》。

荷蘭格羅寧根大學的材料科學家Anastasiia Krushynska表示，研究結果揭示了膠帶發出聲音的本質。膠帶通常由一條薄薄的塑料帶組成，一面涂有粘性膠層，然后卷成卷狀。從卷筒上撕下膠帶時，它通常會先輕松滑出一段距離，然后偶爾會卡住。此前，科學家們研究過這種斷斷續續的滑動和粘滯現象，發現即使膠帶看起來展開得很順暢，這種滑動和粘滯現象仍然在微觀尺度上發生。

此外，在這些微小的拉扯過程中，膠帶粘合層中會產生肉眼無法察覺的細小裂紋，這些裂紋垂直于膠帶的拉扯方向。如今，研究人員已將這些裂紋的動態變化與膠帶的摩擦聲聯系起來。

沙特阿卜杜拉國王科技大學的物理學家Sigurdur Thoroddsen及其同事推測，這種摩擦聲源于快速移動的裂紋的尖端。為了驗證這一假設，他們設計了一個實驗，記錄膠帶剝離過程中粘性表面的裂紋以及周圍空氣中的沖擊波。

他們用力拉扯固定在一塊2厘米厚玻璃板上的透明膠帶，玻璃板被牢牢固定。一臺高速攝像機從玻璃板底部向上拍攝，記錄了研究人員剝離膠帶時粘合面上裂紋的形成過程。另一臺超高速攝像機以驚人的每秒200萬幀的速度進行拍攝，通過檢測空氣中的沖擊波（這些沖擊波會改變空氣密度）如何彎曲來自兩個凹面鏡的原本平行的光束，來尋找空氣中的沖擊波。

裂紋從膠帶的一端開始，沿著膠帶的寬度方向擴展，通常許多裂紋會快速地沿同一方向連續擴展。研究人員在裂紋形成和擴展的過程中，并未在空氣中觀測到任何沖擊波，這否定了他們最初的假設。然而，當裂紋到達另一端時，卻釋放出一連串尖銳的沖擊波。“靠近裂紋末端的麥克風最先捕捉到了聲波脈沖。”作者在研究中寫道。

裂紋以超音速移動，這對于它們產生的尖銳聲至關重要。當裂紋形成時，空氣會涌入填補空隙。然而，作者寫道：“裂紋移動速度太快，無法立即填滿空隙。”因此，空隙中只有部分空氣，氣壓較低。裂紋移動速度越快，它們留下的空隙就越大。“我們撕開膠帶時聽到的聲音，是膠帶裂紋延伸到邊緣時，周圍低壓空隙坍塌到空氣中的聲音。”Krushynska說道。

更好地了解撕開膠帶的力學原理和聲學特性，有助于制造出更安靜的膠帶。雖然對大多數人來說，撕開膠帶的聲音只是有點煩人，但對于運輸和包裝行業的工人來說，這卻是一個持續不斷的困擾。

相關論文信息：https://doi.org/10.1103/p19h-9ys