Французские физики объяснили микроскопические «скачки» клейкой ленты, отматываемой с рулона. Согласно их выводов, амплитуда «скачков» пропорциональна кубическому корню их периода, а скорость изгибной волны, пробегающей по границе скотча, обратно пропорциональна жесткости ленты.
Статья опубликована в Physical Review Letters.
«Когда вы в следующий раз будете отматывать от рулона скотч, обратите внимание, что этот процесс происходит неравномерно: большую часть времени липкая лента отклеивается неохотно, но в какие-то моменты резко „прыгает“ и отматывается сравнительно большой участок», — объясняет исследование.
Физики называют этот процесс макроскопическим проскальзыванием. Интересно, что он происходит даже тогда, когда лента будто бы отклеивается равномерно.
В 2010 году группа ученых под руководством Такехару Это засняла процесс отклеивания скотча на высокоскоростную камеру и обнаружила, что каждый макроскопический «скачок» разбивается на более мелкие скачки длиной порядка ста микрометров. Более того, линия, которая разделяет свободную и приклеенную части ленты, оказалась не прямой. Вместо этого перпендикулярно ленте бежит сверхзвуковая волна, вдоль которой отклеиваются новые кусочки.
В 2015 году группа ученых под руководством Стефана Сантуччи обнаружила, что циклы отслаивания определяются энергией упругих деформаций, которая периодически накапливается и высвобождается около линии отрыва. Но, исследователи так и не смогли разработать модель этого процесса и установить, почему он оказывается нестабильным.
В новой статье проблему решили. Ученые дополнительно пропитывали скотч жестким клеем, что позволяло изменять модуль изгиба ленты почти в два раза. В эксперименте физики варьировали угол отрыва, длину ленты и скорость отклеивания. Скорость отматывания составляла 1,8 метра в секунду. Все происходящие процессы ученые записывали на камеру с разрешением 10 микрометров на пиксель и частотой 300 тысяч кадров в секунду.
В результате обнаружено, что амплитуда «скачков» зависит от угла отрыва и жесткости ленты — однако во всех этих случаях она пропорциональна кубическому корню из периода «скачков» (который неявно зависит от параметров скотча).
Во время «скачка» по границе свободной и приклеенной части пробегает изгибная волна со скоростью 650−900 метров в секунду. Таким образом, промежуток времени, в течение которого происходит отрыв, длится менее одной микросекунды, тогда как период относительного покоя достигает ста микросекунд.
Согласно составленной модели, лента приближается пружинкой, которая накапливает энергию, пока не превысит порог, достаточный для разрушения клея, а затем резко ее высвобождает. Поскольку энергия упругих деформаций ленты зависит от жесткости и угла отрыва (то есть радиуса кривизны), эти параметры влияют на амплитуду «скачков» и скорость волны, пробегающей по границе свободной поверхности в момент отрыва.
Ранее сообщалось, что ученые из США и Италии зафиксировали гравитационные волны, вызванные самым большим столкновением черных дыр.
