刺耳的撕膠帶聲音——微型音爆

生活中有很多習以爲常的小事，比如水會打溼東西，重力產生吸力，而當你撕開透明膠帶時，它會發出尖叫。這種尖叫聲背後的原理現在終於被揭開了。由中國科學技術大學的Er Qiang Li領導的物理學家團隊，利用超高速攝像機和靈敏的麥克風，記錄了普通的Scotch透明膠帶從玻璃上撕離時的真實過程。

這個問題的答案具有很強的技術性，那種尖叫聲其實是一連串微小的衝擊波，當超音速裂紋在膠帶粘合層中迅速蔓延併到達邊緣時，這些衝擊波就會爆發出來。簡而言之，你手中普通的自粘膠帶在撕開時正在發射微小的音爆。實際上，膠帶的噪音問題已經困擾了科學家幾十年。2010年，物理學家觀察到機械波沿膠帶傳播，並推測尖叫聲源於此。2014年的研究則將聲音與裂紋聯繫起來，但未能查明確切的機制。

爲了徹底解決這個謎題，Er Qiang Li和他的同事們觀察了19毫米寬的膠帶在撕離時的細節。當你撕膠帶時，它並非平滑移動，而是一種被稱爲粘着-滑動的跳躍式模式。粘合劑會先頑固地粘在表面一瞬間，當拉力克服粘合力後，它會突然鬆開，這種過程在撕開過程中不斷重複。

在每一個滑動的階段，粘合層內部都會發生微觀層面的劇烈變化。它並非在整個寬度上均勻剝離，而是以極窄的帶狀形式從膠帶一側邊緣向另一側橫向撕裂。Er Qiang Li和團隊發現，這種被稱爲橫向斷裂的現象正是膠帶發出尖叫的關鍵。他們使用了兩臺麥克風和兩臺高速攝像機，其中一臺攝像機通過紋影成像系統捕捉周圍空氣中的擾動。

這些斷裂之所以不尋常，是因爲它們的速度極快。研究人員記錄到的斷裂速度在每秒250到600米之間。相比之下，室溫下空氣中的聲速約爲每秒342米。這意味着，某些裂紋在粘合層中跨越的速度接近聲速的兩倍。由於裂紋移動過快，會在膠帶和玻璃之間留下一個短暫的局部真空口袋，空氣來不及填充。這個口袋隨裂紋移動直到邊緣，隨後空氣急速湧入，導致口袋突然塌陷。

這種空腔的突然塌陷向空氣中發射了微弱的衝擊波。這些孤立的衝擊波移動速度略高於聲速，約爲每秒355米，雖然聲音微弱，但其驅動機制與音爆類似。通過比較兩個麥克風接收聲音的時間差，研究人員確認每個衝擊波都起源於膠帶邊緣，而不是沿着裂紋長度產生的。

研究人員總結認爲，雖然膠帶中傳播的彈性波也可能產生聲音，但成像結果明確顯示，這一連串微弱的衝擊波壓倒了其他所有聲源。這意味着，你不需要成爲超音速飛行員就能突破音障，只需要找卷膠帶用力撕開就行。