Kapag pinunit mo ang packing tape, gumagawa ka ng mga supersonic na sonic boom.

Kapag pinunit mo ang packing tape, gumagawa ka ng mga supersonic na sonic boom.

Ngayon ay pinag-uusapan natin ang tungkol sa isang maliit na bagay na naranasan ng lahat — pagbubukas ng mga pakete, o mas tiyak, sa sandaling mabuksan mo ang malinaw na packing tape.

Ito ay mura lamang na malinaw na tape na ibinebenta sa mga tindahan ng stationery, at iniisip ng karamihan sa mga tao na walang sulit na tuklasin tungkol dito. Ngunit sa likod ng simpleng paggalaw na ito ay may isang pisikal na palaisipan na nagpagulo sa mga pisiko sa loob ng mga dekada. Ang isang bagong nai-publish na papel sa wakas ay malulutas ang misteryo, at ang konklusyon ay nakakagulat na hindi ka maniniwala sa unang tingin.

Marami sa atin ang hindi sinasadyang nakakita ng mga pahiwatig noong tayo ay mga bata pa. Kung pinagtutuunan mo ng pansin ang texture noon, mapapansin mong may mga pahalang na bitak na lumilitaw habang pinupunit mo ang tape, at ang mga bitak na ito ay malapit na nauugnay sa matalas at kakaibang ingay na nagagawa ng tape. Mayroong kahit isang panlilinlang na maaari mong gamitin: hilahin ang tape nang malumanay at tuluy-tuloy, at ito ay maghihiwalay nang maayos na may mas kaunting pahalang na mga bitak at hindi gaanong malupit na tunog. Bilang mga bata, napagmasdan lamang namin ang kababalaghan nang hindi nauunawaan ang agham, hindi alam na ang mga supersonic na mekanika ay naglalaro.

Ang tearing tape ay gumagawa ng matinis, nanginginig, ngipin-grating sound; ang mas mabilis mong paghila, mas matalas ang ingay, maririnig kahit sa dalawang mesa.

Ipinapalagay ng karamihan sa mga tao na ang malakas na ingay ay nagmumula sa alitan: ang dalawang layer ng sticky tape ay kumakas at nag-vibrate laban sa isa't isa, na nagpapasigla sa hangin upang lumikha ng tunog, tulad ng isang violin bow na dumudulas sa mga string.

Ang lohika na ito ay mukhang makatwiran sa unang tingin, ngunit mayroon itong kritikal na depekto. Ang ingay ay nagbabago nang husto depende sa bilis ng paghila, anggulo, at tatak ng tape. Ang simpleng frictional vibration ay hindi maaaring account para sa mga ganoong malawak na mga pagkakaiba-iba.

Pinag-aralan ng mga physicist ang palaisipang ito sa loob ng ilang dekada at natuklasan ang isang mahalagang palatandaan: ang tape ay hindi naghihiwalay nang maayos. Ang interface ng pagbubuklod ay pumapalit sa pagitan ng pagdidikit nang mahigpit at pagkadulas ng biglaan, na gumagalaw nang maalog na umaangkop tulad ng isang naka-stuck na zipper. Ang alternating cycle na ito ng adhesion at sliding ay kilala bilang stick-slip motion.

Ang stick-slip motion ay isang pangkaraniwang frictional phenomenon na umiiral saanman sa pang-araw-araw na buhay at kalikasan:

Mga Lindol: Ang mga patong ng bato sa mga linya ng fault ay magkakadikit. Nagkakaroon ng stress hanggang sa maabot ang isang kritikal na threshold, na nag-uudyok ng biglaang pag-slide.

Mabilis na huminto ang basketball: Ang langitngit na ingay na nabubuo kapag kuskusin ang mga sol ng sneaker sa mga kahoy na court.

Mga lumang kahoy na pinto: Ang pagkiskis ng bisagra ay lumilikha ng malalalim na langitngit kapag itinulak mo ang pinto.

Pagsusulat sa mga pisara: Ang chalk ay dumudulas nang marahas at naglalabas ng hindi komportableng matinis na tunog.

Ang stick-slip mismo ay hindi bihira. Gayunpaman, ang paggalaw ng stick-slip sa panahon ng pagbabalat ng tape ay nangyayari nang mas mabilis kaysa sa dating inakala ng mga siyentipiko. Ang mga lumang kagamitan sa pagmamasid ay walang sapat na katumpakan at frame rate upang maitala ang buong proseso, na nag-iiwan sa pananaliksik na natigil sa loob ng mga dekada.

Noong 2025, isang research team ang nagpatibay ng brand-new observation technology at innovative experimental ideas, at sa unang pagkakataon ay ganap na na-visualize ang tunay na mekanismo sa likod ng malupit na ingay na nalilikha kapag napunit ang tape.

Ang pag-setup ng eksperimento ay diretso: ang mga mananaliksik ay nagdikit ng regular na malinaw na packing tape sa isang glass plate. Habang binabalatan ang tape, maraming device ang sabay-sabay na naitala ang buong proseso ng paghihiwalay:

Ang isang high-speed camera na naka-mount sa ilalim ng salamin ay nakunan ang pagbabalat na hugis ng mga malagkit na layer at ang bilis ng pagpapalaganap ng mga bitak sa real time sa pamamagitan ng plato;

Schlieren imaging system: Ang hangin ay hindi nakikita ng mata, ngunit bahagyang yumuko ang liwanag kapag dumadaan sa hangin na may iba't ibang densidad. Ang optical device na ito ay nagpapalaki at nagtatala ng ganoong light deflection, na ginagawang nakikita ang mga compression wave at shockwave na nabuo sa hangin;

Ang mga high-precision na mikropono ay nagre-record ng audio nang sabay-sabay, eksaktong tumutugma sa bawat pulso ng tunog sa katumbas na materyal na bali na nakunan sa camera.

Kinunan ng eksperimento ang footage sa ultra-high frame rate na 2 milyong mga frame bawat segundo. Para sa paghahambing, ang mga karaniwang pelikula ay tumatakbo sa 24 fps lamang, at ang mga karaniwang slow-motion na video ay nangunguna sa 240 fps. Nangangahulugan ang dalawang milyong frame na ang bawat maliliit na paggalaw sa loob ng isang segundo ay nahahati sa dalawang milyong indibidwal na mga frame.

Sa pamamagitan ng tumpak na pag-align ng mga signal ng audio sa visual footage, sa wakas ay natukoy ng mga mananaliksik ang tunay na pinagmumulan ng matinis na ingay ng tape.

Kapag hinila mo ang tape pataas, isang pahalang na bitak ang nabubuo sa likod mismo ng hangganan sa pagitan ng nabalatan at hindi nababalat na mga seksyon. Patayo sa haba ng tape, ang crack ay tumatakbo sa tape mula sa isang gilid patungo sa isa.

Ang crack ay kumakalat nang mas mabilis kaysa sa bilis ng tunog sa hangin, na kwalipikado bilang supersonic fracture; Sa sandaling ang supersonic crack ay umabot sa gilid ng tape, ang napakalaking enerhiya ay naglalabas sa hangin at bumubuo ng palabas-kumakalat na arko-na hugis shockwave. Ibinabahagi nito ang eksaktong hugis ng mga blast shockwave, sa maliit na sukat lamang;

Ang shockwave na ito ay mahalagang isang maliit na sonic boom, na sumusunod sa parehong pisikal na prinsipyo bilang ang sonic boom na nilikha kapag ang mga fighter jet ay nasira ang sound barrier;

Patuloy na umuulit ang cycle: pagkatapos ng isang pahalang na crack at sonic boom, isang bagong supersonic transverse crack ang bubuo sa itaas, na walang tigil na magpapalabas ng mga shockwave hanggang sa tumigil ka sa pagpunit ng tape.

Ang tuluy-tuloy na matinis na "rip" na tunog na naririnig natin ay hindi isang ingay ng vibration. Sa halip, sunud-sunod na tumama sa eardrum ang hindi mabilang na maliliit na shockwaves. Ang mga shockwave ay nangyayari sa napakataas na dalas na hindi matukoy ng mga tainga ng tao ang mga indibidwal na pulso, na nagsasama-sama sa isang patuloy na nakakatusok na ingay.

Ang pangkalahatang publiko ay may tradisyonal na pananaw na ang friction sa tape ay bumubuo ng mga vibrations na nagpapagulo sa hangin at lumilikha ng ingay. Ngunit ang aktwal na pisikal na mekanismo ay nagsasabi ng ibang kuwento: ang pagpunit ng tape ay nag-trigger ng supersonic na bali ng materyal. Agad na inilalabas ang napakalaking enerhiya sa mga gilid ng crack, pinipiga ang nakapaligid na hangin at naglalabas ng matinding ingay na iyon sa pamamagitan ng mga shockwave. Bagama't ang dalawang paliwanag ay naiiba sa pamamagitan lamang ng isang pandiwa, ang kanilang pinagbabatayan na pisikal na lohika ay magkaibang mundo.

Ang pinakakaakit-akit na bahagi ng pananaliksik na ito ay higit pa sa mga kontraintuitive na natuklasang pang-eksperimentong ito — naghahayag ito ng malalim na katotohanan: hindi mabilang na mga walang kuwentang gawain sa pang-araw-araw na buhay ang nagtatago ng mga pisikal na misteryo na hindi pa ganap na nabubunyag. Ang isang plain roll ng stationery tape na nagkakahalaga lamang ng isang US dollar, ang kaswal na pagkilos ng pagpunit nito, ang nakikitang pahalang na mga bitak at ang pabagu-bagong piercing na ingay ay lahat ay nakatali sa isang masalimuot na sistema ng shock physics, kabilang ang supersonic fracture at miniature sonic booms. Sa loob ng pinaka-ordinaryong sandali ng pang-araw-araw na buhay ay namamalagi ang pinakadalisay na pagmamahalan ng agham.