Pagaliau žinome! Kodėl lipni juosta skleidžia keistus garsus?

Kai kurie vien pagalvoje apie juos krūpteli. Šnypštimas, girgždėjimas, cypimas ar tiesiog triukšmas – vadinkite tai kaip norite. Po daugelio metų tyrimų inžinieriai rimtai įvertino šį reiškinį. Naudodami mikrofonus ir itin didelės spartos kameras, jie atrado tikrąją akustinio efekto, atsirandančio vyniojant lipniąją juostą, kilmę.

Lipnios juostos nuo ritinėlio garsas daugeliui žmonių gali būti nemalonus, erzinantis ar net nepakeliamas. Ypač žmonės, turintys misofoniją, gali krūptelėti vien prisiminę šį siaubingai triukšmingą, girgždantį, cypimo ar šnypštimo garsą. Kai kuriems augintiniams jis taip pat nepatinka, įskaitant kai kurias kates, kurios dėl kažkokių priežasčių mano, kad šis garsas sukelia vėmimą.

Tikriausiai tai pažįstama kiekvienam, kas kada nors ruošė siuntinį siuntimui ar greitai ką nors remontavo. Tikroji šio akustinio reiškinio kilmė liko paslaptimi iki šiol. Jį išaiškino tik medžiagų inžinerijos specialistai. Tyrėjai gilinosi į šio kasdienio reiškinio prigimtį ir atrado bauginančio garso mechanizmą.

Lipni juosta paprastai susideda iš plonos plastikinės juostelės, iš vienos pusės padengtos klijais. Išvyniojimo metu dažnai įvyksta reiškinys, vadinamas „slydimu-lipimu“, kai paviršius pakaitomis slysta ir prilimpa. Nors šis procesas gali atrodyti lygus, ankstesni tyrimai parodė, kad net ir tada mikroskopiniu lygmeniu atsiranda smarkių trūkčiojimų. Slydimo fazės metu klijų sluoksnyje atsiranda mikroskopinių įtrūkimų, einančių statmenai tempimo krypčiai.

Naujausiame tyrime, kurį priėmė žurnalas „Physical Review E“ ir kuris laukia publikavimo, Sigurdur Thoroddsen ir jo komanda iš Karaliaus Abdullaho mokslo ir technologijų universiteto Saudo Arabijoje tyrė, kaip šių įtrūkimų dinamika veikia garso sklaidą.

Iš pradžių tyrėjai įtarė, kad cypimo garsą skleidžia greitai judantys įtrūkimų frontai. Norėdami tai patikrinti, jie sukonstravo sudėtingą eksperimentinę sistemą su stora stiklo plokšte, prie kurios buvo pritvirtinta lipni juosta. Lupimo veiksmui įrašyti jie naudojo itin greitų kamerų rinkinį, sinchronizuotą su dviem mikrofonais. Kadangi minėtas leidinys vis dar yra parengiamojo spausdinimo etape, prieinama tik jo santrauka. Gali būti, kad netrukus bus paskelbta ir audiovizualinė medžiaga iš tyrimo.

Viena kamera stebėjo plokštės apačioje susidarančius įtrūkimus, o kita, įrašydama 2 milijonų kadrų per sekundę greičiu, sekė smūgines bangas ore. Naudodami įgaubtus veidrodžius, tyrėjai galėjo stebėti, kaip bangų sukelti oro tankio pokyčiai lenkia lygiagrečius šviesos spindulius. Šių įrašų analizė parodė, kad įtrūkimai per juostos plotį sklido viršgarsiniu greičiu – didesniu greičiu nei akustinių bangų ore pasiekiamas greitis.

„Šį garsą sukuria atskiras silpnų impulsų virtinė, sklindanti iš mažyčių įtrūkimų, kurie sklinda viršgarsiniu greičiu aplinkinio oro atžvilgiu skersine kryptimi besilupančiame klijų sluoksnyje. Kiekvienas garso impulsas generuojamas, kai įtempimo galiukas pasiekia juostos kraštą“, – aiškina tyrimo autoriai.

Kadangi lemiamas momentas įvyko tik tada, kai įtrūkimas pasiekė juostos kraštą, tai paneigė pirminę mokslininkų hipotezę, kuri manė, kad garso bangos išsiskyrimą lemia paties įtrūkimo judėjimas. Šis mechanizmas susijęs su tuo, kad įtrūkimas juda taip greitai, jog oras negali iš karto užpildyti už jo esančio vakuumo. Dėl to susidaro labai žemo slėgio sritys. Garsas, kurį girdime, atsiranda dėl šių žemo slėgio burbuliukų kolapso, kai įtrūkimas „plečiasi“ per juostos kraštą.

Šio proceso akustikos ir mechanikos supratimas vieną dieną galėtų padėti sukurti tylią ar net begarsę lipnią juostą. Nors šis triukšmas paprastam žmogui yra tik nedidelis erzinimas, žmonėms, turintiems misofoniją (padidėjusį jautrumą tam tikriems garsams), ir logistikos darbuotojams jis kelia nuolatinę ir varginančią problemą. Ilgalaikis dirginančio garso poveikis gali sukelti psichologines ir fiziologines streso reakcijas, todėl šios problemos nereikėtų ignoruoti.

Kas toliau? Tyrimo autoriai planuoja ateityje tęsti savo darbą bandydami mechaninius juostos išvyniojimo būdus. Tai leis tiksliai kontroliuoti išvyniojimo kampą ir greitį, todėl galės pateikti dar tikslesnius duomenis apie garso generavimą – net ir išvyniojant ilgesnes juostas.