经常有粉丝后台私信我,说以前的内容不是量子就是宇宙,要么黑洞要么暗物质,看完就一个感受。
哇好厉害,然后呢?
然后就没有然后了。跟自己生活零关系。
行吧,那今天咱就聊个人人都干过的事——拆快递。
准确说是拆快递时撕胶带那一下
就这个。透明胶带,文具店几块钱一卷的那种。
你可能压根没想过这有啥好聊的。但我告诉你,这个动作背后藏着一个物理现象,科学家研究了几十年都没搞清楚,直到昨天一篇论文的出现才算真正有了答案,而且结论离谱到我第一次看到的时候以为自己眼花了。
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你撕胶带的时候,不是在制造噪音。
是在制造冲击波。
先回忆一下那个声音。
刺耳,发颤,有点让人牙酸的那种。你撕得越快,声音越尖。有时候办公室里有人在扯胶带,隔着两张桌子都能让人皱起眉头。
大部分人的第一反应都是:这不就是摩擦声嘛?胶带粘得紧,撕的时候两个界面相互震动,带动空气,就有了声音。就跟拉小提琴一个道理,弓毛和琴弦之间摩擦产生振动,振动产生声音。
听起来很合理对吧。
但这个解释有个问题:你撕慢一点,声音变了。你撕快一点,声音又变了。角度不一样,声音不一样。就连不同牌子的胶带,声音都不一样。如果只是简单的摩擦震动,不应该有这么多变量。
物理学家盯着这个问题看了几十年,越研究越觉得这事没那么简单。
最早的研究发现了一个关键线索:撕胶带根本不是一个平滑的过程。
你以为你在匀速撕,其实胶带的分离界面在以一种极其奇怪的方式运动,先粘住,突然松开,再粘住,再松开,整个过程像在抽搐,像一个不听话的拉链,拉一下卡一下。
这个现象有个名字,叫 stick-slip,粘滑运动。
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说起来你可能不信,这个机制在自然界里到处都是。
- 地震的本质就是这个,断层两侧的岩石互相锁住,应力积累到临界点突然滑动,就是地震。
- 篮球运动员急停的时候鞋底在木地板上发出的吱呀声是这个。
- 你家那个开了好多年的旧门轴,推开门会发出一声怪响,也是这个。
- 粉笔在黑板上写字偶尔会发出让全班人汗毛竖起来的刺耳声,还是这个。
粘滑运动是摩擦世界里的一个普遍现象,本身并不稀奇。
稀奇的是,胶带里的粘滑运动,发生得比所有人想象的都要快得多,快到之前所有的观测手段根本来不及看清楚里面到底发生了什么。
所以问题一直悬在那儿。
直到最近,沙特阿卜杜拉国王科技大学的 Thoroddsen 团队决定用暴力手段把这个问题解决掉,论文今年发在了《 Physical Review E》 上。
他们的思路很有意思:你们之前都是在听,我们这次来看。
实验设置是这样的:把一条普通的思高透明胶带粘在一块玻璃板上,然后撕,同时用两套完全不同的高速设备同时记录整个过程。
第一套是高速摄像机,架在玻璃板底部往上拍,透过玻璃直接观察胶层是怎么从玻璃上脱离的,看断裂的形态和速度。
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第二套是他们真正的杀手锏,施里伦成像技术。
这个技术可能很多人没听过,我解释一下。正常情况下我们看不见空气,因为空气是透明的。但空气有密度,密度不一样的地方,光线通过的时候会发生细微的偏折。施里伦成像就是利用这个原理,用一束平行光照射目标区域,然后用特殊的光学系统把这些微小的偏折放大并记录下来。
换句话说,如果空气里出现了压缩波或者冲击波,这套系统能把它拍出来,你能直接用眼睛看到那个波在空气里传播的样子。
他们就用这套系统对着胶带附近的空气,以每秒两百万帧的速度录像。
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两百万帧。正常电影是每秒24帧。你刷视频刷到的慢镜头一般是每秒240帧,已经算很高了。两百万帧是什么概念,一秒钟里发生的事情,被切成了两百万个切片。
同时,他们在胶带两侧各放了一个麦克风,把声音信号和视频信号同步记录。
然后做了一件特别关键的事:把每一个录到的声音脉冲,和视频里具体某一次断裂事件一一对应。不是笼统地说这些声音来自这个过程,而是精确到:这一声,对应的是视频第几帧里的哪一条裂纹。
这个一一对应,才是真正破案的关键。
结果让人意外。
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当你向上拉胶带的时候,在已经撕开和还没撕开的交界线稍微靠后一点的位置,会突然冒出一道裂纹。
但这道裂纹的方向非常奇怪,它不是顺着撕的方向往前走,而是横着的,垂直于胶带的长度方向,从一侧边缘扫到另一侧边缘。
而且它扫过去的速度极快,快到什么程度?
超过了空气中的声速。
也就是说,这道裂纹在胶带里传播的速度,是超音速的。
当这道裂纹扫到胶带边缘的时候,它带着的能量会向外释放,打进旁边的空气里,形成一个冲击波。施里伦成像把这个冲击波拍得清清楚楚,就是一个往外扩散的弧形波前,跟爆炸产生的冲击波在形态上一模一样,只是小了亿点点。
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这就是一个微型音爆。战斗机突破音障的时候会产生音爆,是因为飞机速度超过了声速,机头前方的压缩空气叠加成一道冲击波。胶带里发生的事情在本质上是一样的,只是主角从战斗机变成了一条几毫米宽的裂纹。
紧接着,新的裂纹在稍微靠上一点的位置重新形成,再横扫,再释放一个冲击波。这个过程会一直重复,直到你停止撕为止。
一次粘滑循环,不只是停和走,而是一次超音速断裂事件,一次微型音爆。
现在你再回去想那个声音。
你听到的那种连续的"刺啦"声,其实不是一个声音,而是一连串极其密集的冲击波挨个打进你耳朵里。每一次裂纹扫到边缘,就打出去一个,下一次裂纹扫到边缘,再打出去一个,频率高到你的耳朵根本分辩不了它们是分开的,于是全部融合在一起,变成了那道听起来连续、刺耳、让人牙酸的声音。
你以为你在听一个声音,其实你在听几百个声音叠在一起。
这件事最反直觉的地方在于,声音的根源不是摩擦,不是震动,而是断裂。是材料在以超音速撕裂,是裂纹尖端在冲出边界的瞬间把能量砸进空气里。不是振动空气,是压缩空气
一字之差,机制完全不同。
我觉得这个研究有意思的地方不只是结论本身,而是它说明了一件事:我们身边有大量的现象,看起来稀松平常,其实压根没人搞清楚过。
一卷文具,干的是冲击物理的活。
(参考:Er Qiang Li et al, Screeching sound of peeling tape, Physical Review E (2026). DOI: 10.1103/p19h-9ysx.Physical Review E》)
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