Vì sao băng keo phát ra tiếng kêu khi bạn bóc nó ra

Có một số điều trong cuộc sống hiển nhiên đến nỗi nhiều người không bao giờ nghĩ đến việc đặt câu hỏi. Nước làm ướt mọi vật. Trọng lực kéo mọi vật rơi xuống đất và băng dính trong suốt phát ra tiếng kêu khi bạn bóc nó ra.

Tuy nhiên, không giống như sự phức tạp của trọng lực, tiếng kêu của băng dính giờ đây đã được giải thích. Một nhóm các nhà vật lý do Giáo sư Er Qiang Li ở Trường đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc làm trưởng nhóm, đã sử dụng máy quay tốc độ cực cao và micro nhạy để ghi lại những gì thực sự xảy ra khi băng dính trong suốt thông thường được bóc ra khỏi mặt kính.

Câu trả lời về mặt vật lý là tiếng rít là một chuỗi các sóng xung kích nhỏ li ti, bùng phát khi các vết nứt siêu âm lan truyền qua lớp keo của băng dính chạm đến các cạnh của nó.

Đúng vậy, loại băng dính trong thông thường cũng phát ra những tiếng "nổ" siêu âm nhỏ xíu.

Thực tế, những tiếng kêu chói tai của băng dính đã được nghiên cứu trong nhiều thập kỷ. Năm 2010, một nhóm các nhà vật lý đã quan sát thấy sóng đàn hồi truyền lên phần băng dính bị tách ra và suy đoán rằng tiếng rít phát ra từ chúng. Sau đó, một bài báo năm 2014 đã liên kết âm thanh này với các vết nứt trên băng dính, nhưng vẫn chưa thể xác định được cơ chế chính xác.

Giáo sư Li và các đồng nghiệp của ông muốn tìm ra lời giải cho câu hỏi này. Họ đã thiết kế một thí nghiệm để quan sát chi tiết những gì xảy ra khi một dải băng dính Scotch rộng 19 mm (0,75 inch) được bóc ra khỏi mặt kính.

Khi bạn bóc băng dính, nó không bong ra một cách trơn tru mà theo một chuyển động giật cục, hỗn loạn mà các nhà vật lý gọi là "hiện tượng dính - trượt". Hiện tượng dính - trượt này đã được nghiên cứu trong nhiều thập kỷ.

Khi bạn bóc, chất kết dính vẫn bám chặt vào bề mặt trong một phần nhỏ của giây. Đó là phần dính. Khi lực kéo cuối cùng vượt qua được lực bám dính, nó đột nhiên bong ra. Đó là phần trượt. Quá trình này lặp đi lặp lại khi bạn bóc băng dính.

Tuy nhiên, trong mỗi giai đoạn trượt, một điều kịch tính đang xảy ra bên trong chất kết dính ở cấp độ vi mô. Nó không bong ra đều khắp chiều rộng; thay vào đó, nó bị rách thành những dải hẹp chạy ngang qua băng dính, từ mép này sang mép kia.

Những vết nứt này được gọi là vết nứt ngang, và Giáo sư Li cùng các đồng nghiệp đã phát hiện ra rằng chúng là chìa khóa giải thích tại sao băng dính lại phát ra tiếng kêu.

Nhóm nghiên cứu đã ghi lại quá trình bong tróc băng dính bằng cách sử dụng hai mi-crô và hai máy quay tốc độ cao, một máy hướng vào mặt dưới của băng dính từ bên dưới tấm kính, và một máy khác đặt phía trên thí nghiệm sử dụng hệ thống chụp ảnh schlieren để thu lại các nhiễu loạn trong không khí xung quanh.

Họ phát hiện ra rằng điều khiến các vết nứt trở nên bất thường chính là tốc độ của chúng. Họ đã ghi nhận tốc độ nứt dao động từ khoảng 250 đến 600 mét mỗi giây (900 đến 2.156 km mỗi giờ). Để dễ hình dung, bạn có thể so sánh với tốc độ âm thanh trong không khí ở nhiệt độ phòng là khoảng 342 mét mỗi giây. Điều đó có nghĩa là một số vết nứt đang di chuyển trên lớp keo với tốc độ gần gấp đôi tốc độ âm thanh.

Vì các vết nứt lan truyền rất nhanh, chúng để lại một khe hở nhỏ giữa băng dính và kính, một vùng chân không tạm thời. Không khí không thể tràn vào đủ nhanh để lấp đầy nó khi nó hình thành. Vùng chân không này di chuyển cùng với vết nứt cho đến khi nó chạm đến mép băng dính, lúc đó không khí tràn vào và vùng chân không đột ngột biến mất.

Sự sụp đổ đột ngột của khoang rỗng đã tạo ra một sóng xung kích yếu trong không khí. Những sóng xung kích riêng lẻ này di chuyển với tốc độ nhanh hơn một chút so với tốc độ âm thanh – 355 mét mỗi giây – giống như một tiếng thì thầm âm thanh hơn là một tiếng nổ, nhưng được thúc đẩy bởi các cơ chế siêu âm tương tự.

Cuối cùng, bằng cách so sánh thời gian đến của âm thanh tại hai mi-crô được đặt ở hai phía đối diện của băng dính, các nhà nghiên cứu đã xác nhận rằng mỗi sóng xung kích bắt nguồn từ mép chứ không phải dọc theo chiều dài của vết nứt.

"Các sóng đàn hồi truyền trong băng dính bị tách rời cũng có thể tạo ra một số âm thanh," các nhà nghiên cứu kết luận, "nhưng kết quả hình ảnh của chúng tôi cho thấy rõ ràng rằng chuỗi các sóng xung kích yếu lấn át bất kỳ sự đóng góp nào như vậy."

Vậy đấy, bạn không cần phải là phi công siêu thanh mới có thể phá vỡ rào cản âm thanh. Chỉ cần tìm một cuộn băng dính và bạn có thể thỏa sức sáng tạo.