透明胶带已经在家庭和办公场景中使用了将近一个世纪，但这种再普通不过的日用品，至今仍不断给科学家带来惊喜。最新研究发现，当你快速撕开胶带时，那种刺耳、类似“指甲刮黑板”的尖锐声响，并非简单的摩擦噪音，而是由以超音速传播的微裂纹所产生的冲击波。这项成果发表在 Physical Review E 上。
从汽车喷漆到家家必备
故事要追溯到1930年。3M公司的工程师 Richard Drew 发明了第一款透明胶带。
最初的灵感并非来自家庭维修，而是汽车工业。当时汽车开始流行双色喷漆设计，但使用的胶粘剂粘性过强，撕下时经常把新刷的油漆一并带走，导致需要重新补漆。Drew尝试研发一种“粘得住、但不至于毁掉表面”的胶粘配方，最终将合适黏度的粘合剂涂在玻璃纸基材上，制成了第一卷透明胶带。
一个有趣的细节是，Drew还与同事 John Borden 共同设计了后来广为人知的“蜗牛式”胶带分配器。
在大萧条时期，透明胶带迅速流行开来。与其更换破损物品，人们更倾向于用胶带修补。直到今天，它的普及程度依然未减。
撕胶带时的“发光现象”
透明胶带不仅实用，还早早吸引了物理学家的兴趣。1939年，研究人员发现：在黑暗中撕开胶带时，胶带末端会出现一条短暂的发光线。
这一现象被称为“摩擦发光”（triboluminescence）。事实上，它早在17世纪就已有记录。摩擦发光是指材料在被压碎、撕裂、摩擦或划伤时产生光的现象。
类似的例子包括：
- 切割钻石时有时会出现蓝色或红色光芒
- 陶瓷被磨料水射流切割时会发出黄橙色光
- 在黑暗中捏碎Wint-O-Green薄荷糖，会看到闪烁火花
在糖果的例子中，糖晶被压碎时会将电子从分子中分离出来。电子跃迁到带正电的一侧，与空气中的氮原子碰撞。氮原子吸收能量后释放紫外光，而薄荷糖中的水杨酸甲酯（冬青油成分）能够吸收紫外光并发出可见的蓝光。
1953年，苏联科学家在真空中剥开胶带时，报告检测到足以产生X射线的高能电子。当时不少研究者对此持怀疑态度。直到2008年，加州大学洛杉矶分校（UCLA）的物理学家在真空室中展开一卷苏格兰胶带，成功拍摄到X射线影像，这一现象才得到确认。
研究团队甚至拍摄出了一张实验室成员手指的低质量X射线图像。
值得庆幸的是，这种现象只在接近完美真空的条件下发生，因此日常生活中使用透明胶带是完全安全的。
声音与裂纹：真正的谜题
透明胶带在撕开时不仅会发光，还会发出刺耳的“尖叫声”。长期以来，人们认为这与胶带剥离时的“滑移—停滞”机制有关。
2010年，沙特阿拉伯 King Abdullah University of Science and Technology 的研究人员在物理学家 Sigurdur Thoroddsen 的带领下，利用超高速成像技术观察到：在胶带剥离过程中，会出现一连串横向微裂纹。这些裂纹沿着胶粘层宽度方向移动，而且速度可达到超音速。
2024年的后续研究发现，刺耳的尖叫声与这些横向裂纹的出现存在一一对应关系，但具体的声源机制仍未完全明确。
最新研究：冲击波的来源
Thoroddsen团队在最新研究中提出一个关键假设：
声音是否直接来自这些高速传播裂纹的尖端？
为了验证这一点，研究人员设计了一套同步观测系统。他们用金属棒手动剥离胶带，用两台高速摄像机记录裂纹传播过程，同时使用两支麦克风记录空气中传播的声波，以精确定位压力脉冲的来源。
结果显示：
刺耳的声音并不是连续的摩擦声，而是一连串微小冲击脉冲叠加的结果。当横向裂纹到达胶带边缘时，声波强度达到峰值。
关键在于这些裂纹相对于周围空气的超音速传播速度。
研究人员解释说，当裂缝张开时，胶带与固体表面之间会形成一个局部“近似真空”的空洞。裂缝移动速度过快，空气来不及立即填补这个空隙。虽然空气会从裂缝垂直方向被吸入，但空洞会随裂缝一同前进，直到抵达胶带边缘，最终在静止空气中塌陷。
每一次裂纹尖端抵达边缘并导致空洞塌陷，都会产生一次压力脉冲——这正是我们听到的那种尖锐“撕裂声”。
一个日用品里的极端物理
从汽车喷漆辅助工具，到大萧条时期的修补神器，再到能发光、甚至在真空中产生X射线的物理现象，透明胶带展示了一个事实：
日常生活中的普通物品，往往隐藏着复杂而精妙的物理机制。
下次当你急躁地撕下一段胶带时，那声刺耳的“尖叫”，其实是微观世界中一场超音速裂纹冲击波的回响。
看似简单的日用品，依然在提醒我们：科学惊喜，从未远离生活。
本文译自：arstechnica，由olaola编辑发布
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