Pan fyddwch chi'n rhwygo tâp pacio, rydych chi'n creu bwmau sonig uwchsonig.

Pan fyddwch chi'n rhwygo tâp pacio, rydych chi'n creu bwmau sonig uwchsonig.

Heddiw rydyn ni'n siarad am beth bach y mae pawb wedi'i brofi - agor pecynnau, neu'n fwy manwl gywir, yr eiliad y byddwch chi'n rhwygo tâp pacio clir ar agor.

Dim ond tâp clir rhad ydyw sy'n cael ei werthu mewn siopau papur ysgrifennu, ac mae'r rhan fwyaf o bobl yn meddwl nad oes unrhyw beth gwerth ei archwilio. Ond y tu ôl i'r symudiad syml hwn mae pos corfforol sydd wedi drysu ffisegwyr ers degawdau. Mae papur newydd ei gyhoeddi o'r diwedd yn datrys y dirgelwch, ac mae'r casgliad yn gymaint o syndod na fyddwch chi'n ei gredu ar yr olwg gyntaf.

Gwelodd llawer ohonom gliwiau ar ddamwain pan oeddem yn blant. Pe baech chi'n talu sylw manwl i'r gwead bryd hynny, byddech chi'n sylwi bod craciau llorweddol yn ymddangos wrth i chi rwygo'r tâp, ac mae'r craciau hyn wedi'u cysylltu'n agos â'r tâp sŵn miniog, nodedig hwnnw. Mae hyd yn oed tric y gallwch ei ddefnyddio: tynnwch y tâp yn ysgafn ac yn gyson, a bydd yn gwahanu'n esmwyth gyda llawer llai o graciau llorweddol a llawer llai o sain llym. Fel plant, dim ond heb ddeall y wyddoniaeth y gwelsom y ffenomen, heb wybod bod mecaneg uwchsonig ar waith.

Mae tâp rhwygo'n cynhyrchu swn ysgytwol, dannedd- gratio; y cyflymaf y byddwch chi'n tynnu, y craffaf yw'r sŵn, y gellir ei glywed hyd yn oed ar draws dwy ddesg.

Mae'r rhan fwyaf o bobl yn tybio bod sŵn uchel yn deillio o ffrithiant: mae dwy haen y tâp gludiog yn rhwbio ac yn dirgrynu yn erbyn ei gilydd, gan gynhyrfu'r aer i greu sain, yn union fel bwa ffidil yn llithro ar draws llinynnau.

Mae'r rhesymeg hon yn swnio'n rhesymol ar yr olwg gyntaf, ac eto mae ganddo ddiffyg critigol. Mae'r sŵn yn newid yn sylweddol yn dibynnu ar gyflymder tynnu, ongl, a brand tâp. Ni all dirgryniad ffrithiannol syml gyfrif am amrywiadau mor eang.

Mae ffisegwyr wedi astudio'r pos hwn ers degawdau ac wedi datgelu cliw hanfodol: nid yw tâp yn gwahanu'n esmwyth. Mae'r rhyngwyneb bondio bob yn ail rhwng glynu'n dynn a llithro'n sydyn, gan symud yn herciog yn ffitio fel zipper sownd. Yr enw ar y cylch ail-adlyniad a llithro hwn yw mudiant ffon-slip.

Mae ffon - symudiad llithro yn ffenomen ffrithiannol gyffredin sy'n bodoli ym mhobman ym mywyd beunyddiol a natur:

Daeargrynfeydd: Mae haenau creigiau ar linellau ffawt yn cloi gyda'i gilydd. Mae straen yn cronni nes cyrraedd trothwy critigol, gan sbarduno llithro sydyn.

Stopiau cyflym pêl-fasged: Y sŵn gwichian a gynhyrchir pan fydd gwadnau sneaker yn rhwbio yn erbyn cyrtiau pren.

Drysau pren oedrannus: Mae ffrithiant colfach yn creu gilfachau llym pan fyddwch chi'n gwthio'r drws ar agor.

Ysgrifennu ar fyrddau du: Mae sialc yn llithro'n herciog ac yn allyrru sŵn creision anghyfforddus.

Nid yw ffon-slip ei hun yn ddim byd prin. Fodd bynnag, mae symudiad y ffon-slip yn ystod plicio tâp yn digwydd yn gynt o lawer nag y tybiwyd gan wyddonwyr. Nid oedd gan offer arsylwi hŷn ddigon o drachywiredd a chyfradd ffrâm i gofnodi'r broses lawn, gan adael ymchwil wedi'i arafu ers degawdau.

Yn 2025, mabwysiadodd tîm ymchwil dechnoleg arsylwi newydd sbon a syniadau arbrofol arloesol, ac am y tro cyntaf wedi delweddu'n llawn y mecanwaith go iawn y tu ôl i'r sŵn llym a gynhyrchir wrth rwygo tâp.

Roedd gosodiad yr arbrawf yn syml: gosododd ymchwilwyr dâp pacio clir rheolaidd i blât gwydr. Wrth blicio'r tâp, roedd dyfeisiau lluosog yn cofnodi'r broses wahanu gyfan ar yr un pryd:

Roedd camera cyflymder uchel wedi'i osod o dan y gwydr yn dal siâp pilio haenau gludiog a chyflymder lluosogi craciau mewn amser real trwy'r plât;

System ddelweddu Schlieren: Mae aer yn anweledig i'r llygad noeth, ond mae golau'n plygu ychydig wrth basio trwy aer o wahanol ddwysedd. Mae'r ddyfais optegol hon yn chwyddo ac yn cofnodi gwyriad golau o'r fath, gan wneud y tonnau cywasgu a'r tonnau sioc a ffurfiwyd mewn aer yn weladwy;

Uchel - meicroffonau manwl yn recordio sain yn gydamserol, gan gydweddu'n union â phob pwls sain â'r toriad deunydd cyfatebol a ddaliwyd ar gamera.

Saethodd yr arbrawf ffilm ar gyfradd ffrâm uchel iawn o 2 filiwn o fframiau yr eiliad. Er mwyn cymharu, mae ffilmiau safonol yn rhedeg ar 24 fps yn unig, ac mae fideos araf - symud cyffredin ar y brig ar 240 fps. Mae dwy filiwn o fframiau yn golygu bod pob symudiad bach o fewn un eiliad yn cael ei rannu'n ddwy filiwn o fframiau unigol.

Trwy alinio signalau sain yn gywir â ffilm weledol, nododd yr ymchwilwyr o'r diwedd ffynhonnell wirioneddol sŵn cregyn tâp.

Pan fyddwch chi'n tynnu'r tâp i fyny, mae crac llorweddol yn ffurfio y tu ôl i'r ffin rhwng adrannau wedi'u plicio a heb eu plicio. Yn berpendicwlar i hyd y tâp, mae'r crac yn rhedeg ar draws y tâp o un ymyl i'r llall.

Mae'r crac yn lledaenu'n gyflymach na chyflymder sain yn yr aer, gan gymhwyso fel toriad uwchsonig; Yr eiliad y mae'r hollt uwchsonig yn cyrraedd ymyl y tâp, mae egni enfawr yn gollwng i'r aer ac yn ffurfio arc sy'n lledaenu - siocdon siâp. Mae'n rhannu union siâp tonnau sioc chwyth, dim ond ar raddfa fach;

Yn ei hanfod, ffyniant sonig bychan yw'r siocdon hon, gan ddilyn yr un egwyddor ffisegol â'r bŵm sonig a grëir pan fydd jetiau ymladd yn torri'r rhwystr sain;

Mae'r cylch yn ailadrodd yn barhaus: ar ôl un hollt llorweddol a ffyniant sonig, mae hollt trawssonig newydd yn ffurfio ymhellach i fyny, gan ryddhau tonnau sioc yn ddi-stop nes i chi roi'r gorau i rwygo'r tâp.

Nid yw'r sain “rip” shrill parhaus a glywn yn un sŵn dirgrynol. Yn lle hynny, mae tonnau sioc bach di-ri yn taro drwm y glust un ar ôl y llall. Mae'r tonnau sioc yn digwydd mor aml fel na all clustiau dynol wahaniaethu rhwng corbys unigol, gan ymdoddi i sŵn tyllu parhaus.

Mae gan y cyhoedd farn draddodiadol bod ffrithiant ar dâp yn cynhyrchu dirgryniadau sy'n cynhyrfu'r aer ac yn creu sŵn. Ac eto mae'r mecanwaith ffisegol gwirioneddol yn adrodd stori wahanol: mae tâp rhwygo yn sbarduno toriad uwchsonig o'r deunydd. Mae egni enfawr yn cael ei ryddhau ar unwaith ar ymylon y crac, gan gywasgu'r aer o'i amgylch a chynhyrchu'r swn llym hwnnw trwy donnau sioc. Er bod y ddau esboniad yn wahanol i un ferf yn unig, eu rhesymeg gorfforol sylfaenol yw bydoedd ar wahân.

Mae’r rhan fwyaf cyfareddol o’r ymchwil hwn yn fwy na’i ganfyddiadau arbrofol gwrth-reddfol — mae’n datgelu gwirionedd dwys: mae arferion dibwys di-ri mewn bywyd bob dydd yn cuddio dirgelion corfforol nad ydynt eto wedi’u datrys yn llawn. Mae rholyn plaen o dâp papur ysgrifennu sy'n costio dim ond un doler yr Unol Daleithiau, y weithred achlysurol o'i rwygo, y craciau llorweddol gweladwy a'r sŵn tyllu cyfnewidiol i gyd yn cyd-fynd â system gymhleth o ffiseg sioc, gan gynnwys torasgwrn uwchsonig a bŵm sonig bach. O fewn eiliadau mwyaf cyffredin bywyd bob dydd mae rhamant puraf gwyddoniaeth.