Η ταινία Scotch (το γνωστό σελοτέιπ) αποτελεί βασικό σκεύος κάθε νοικοκυριού εδώ και σχεδόν έναν αιώνα, αλλά εξακολουθεί να κρύβει επιστημονικές εκπλήξεις. Σύμφωνα με νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review E, ερευνητές ανακάλυψαν ότι ο τσιριχτός ήχος που παράγεται όταν κάποιος ξεκολλάει γρήγορα την ταινία —παρόμοιος με το τρίξιμο των νυχιών σε μαυροπίνακα— είναι το αποτέλεσμα κρουστικών κυμάτων που προκαλούνται από μικρο-ρωγμές, οι οποίες διαδίδονται κατά μήκος της ταινίας, με υπερηχητικές ταχύτητες.
Ηταν ένας μηχανικός της 3M ονόματι Richard Drew που ανέπτυξε την πρώτη διαφανή κολλητική ταινία το 1930. Η αφορμή δόθηκε από την αυτοκινητοβιομηχανία, όπου οι κόλλες που χρησιμοποιούνταν ήταν τόσο ισχυρές που συχνά αφαιρούσαν το χρώμα του αυτοκινήτου κατά το ξεκόλλημα, το οποίο στη συνέχεια έπρεπε να διορθωθεί χειροκίνητα.
Ο Drew βρήκε μια κόλλα για γυαλόχαρτο με την ιδανική ποσότητα πρόσφυσης και την χρησιμοποίησε και μάλιστα με μορφή ταινίας. Ενδιαφέρουσα πληροφορία: Ο Drew συν-εφηύρε επίσης τη βάση-διανομέα σε σχήμα σαλιγκαριού μαζί με τον συνάδελφό του στην 3M, John Borden.
Η ταινία έγινε εξαιρετικά δημοφιλής κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Ύφεσης, καθώς οι καταναλωτές τη χρησιμοποιούσαν για να επισκευάζουν καθημερινά αντικείμενα αντί να τα αντικαθιστούν. Αυτή η δημοτικότητα δεν εξασθένισε ποτέ.
Η ταινία Scotch έχει προκαλέσει επίσης σημαντικό ενδιαφέρον στους φυσικούς. Ήδη από το 1939, οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι το ξεκόλλημα της ταινίας μπορεί να παράγει φως — συγκεκριμένα, μια φωτεινή γραμμή στο σημείο όπου η άκρη της ταινίας αποκολλάται από το ρολό.
Το φαινόμενο αυτό καταγράφηκε για πρώτη φορά τον 17ο αιώνα και είναι γνωστό ως τριβοφωταύγεια (triboluminescence): Η παραγωγή φωτός όταν ένα υλικό θρυμματίζεται, σχίζεται, τρίβεται ή χαράσσεται.
Τα διαμάντια, για παράδειγμα, μερικές φορές λάμπουν με μπλε ή κόκκινο χρώμα κατά τη διάρκεια της κοπής τους, ενώ τα κεραμικά εκπέμπουν κιτρινοπορτοκαλί φως όταν κόβονται από εκτοξευτήρες νερού με λειαντικά μέσα.
Το πιο δημοφιλές παράδειγμα είναι οι καραμέλες Life Savers με γεύση Wint-O-Green: Αν σπάσετε την καραμέλα σε μια σκοτεινή ντουλάπα, μπορείτε να δείτε τους σπινθήρες που παράγονται.
Οι κρύσταλλοι της ζάχαρης είναι αυτοί που προκαλούν το φαινόμενο: Η σύνθλιψη αποσπά ηλεκτρόνια από τα μόρια, τα οποία «πηδούν» προς την πλευρά με το πιο θετικό φορτίο. Τα ηλεκτρόνια που μεταπηδούν συγκρούονται με άτομα αζώτου στον αέρα, τα οποία απορροφούν στιγμιαία την ενέργεια και στη συνέχεια εκπέμπουν υπεριώδες φως (UV). Το αποτέλεσμα γίνεται ορατό χάρη στο έλαιο γωλθερίας (wintergreen oil) που χρησιμοποιείται για τη γεύση. Πρόκειται για το φθορίζον σαλικυλικό μεθύλιο, το οποίο απορροφά το υπεριώδες φως και το μετατρέπει σε μπλε φως.
Το 1953, Σοβιετικοί επιστήμονες που ξεκολλούσαν ταινία Scotch στο κενό, ανέφεραν ότι ανίχνευσαν ηλεκτρόνια με αρκετή ενέργεια ώστε να εκπέμπουν ακτίνες Χ. Άλλοι επιστήμονες εμφανίστηκαν σκεπτικοί, όμως το φαινόμενο επιβεβαιώθηκε τελικά το 2008, όταν φυσικοί του UCLA παρήγαγαν ακτίνες Χ ενώ ξετύλιγαν ένα ρολό ταινίας Scotch μέσα σε θάλαμο κενού.
Ο στόχος ήταν να αξιοποιήσουν την τριβοφωταύγεια για την παραγωγή ακτινογραφιών, και η ομάδα κατάφερε να δημιουργήσει μια χαμηλής ποιότητας ακτινογραφία του δακτύλου ενός μέλους του εργαστηρίου, όπως φαίνεται στην εικόνα.
Ευτυχώς, αυτό συμβαίνει μόνο σε συνθήκες απόλυτου κενού, οπότε οι καθημερινοί χρήστες της ταινίας Scotch είναι ασφαλείς.
Σοκ στο σύστημα
Το ξεκόλλημα της ταινίας Scotch παράγει ήχο αλλά και φως, κάτι που συνήθως αποδίδεται στον μηχανισμό ολίσθησης-κόλλησης (slip-stick) που λαμβάνει χώρα κατά τη διαδικασία. Το 2010, ο συγγραφέας Sigurdur Thoroddsen από το Πανεπιστήμιο King Abdullah στη Σαουδική Αραβία και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν απεικόνιση υπερυψηλής ταχύτητας για να εντοπίσουν ένα κρίσιμο φαινόμενο μικρο-θραύσης του μηχανισμού ολίσθησης: μια αλληλουχία εγκάρσιων ρωγμών που διατρέχουν το πλάτος της ταινίας που έχει την κόλλα, με υπερηχητικές ταχύτητες.
Μια επακόλουθη μελέτη το 2024 διαπίστωσε άμεση αντιστοιχία μεταξύ του τσιριχτού ήχου και αυτών των εγκάρσιων ρωγμών, αλλά δεν προσδιόρισε κάποιον συγκεκριμένο μηχανισμό. Αυτός ακριβώς είναι ο σκοπός αυτής της τελευταίας μελέτης.
Ο Thoroddsen και οι συνεργάτες του αναρωτήθηκαν αν ο ήχος παράγεται απευθείας από το ταχύτατα κινούμενο άκρο μιας ρωγμής, γεγονός που θα παρήγαγε επίσης τους χαρακτηριστικούς, διακριτούς παλμούς ηχητικών κυμάτων που σχετίζονται με το ξεκόλλημα της ταινίας Scotch.
Οι συγγραφείς εξέτασαν πειραματικά την υπόθεσή τους, πραγματοποιώντας ταυτόχρονη απεικόνιση υψηλής ταχύτητας των διαδιδόμενων θραύσεων και των ηχητικών κυμάτων που ταξιδεύουν στον αέρα.
Ξεκόλλησαν χειροκίνητα την ταινία Scotch χρησιμοποιώντας μια μεταλλική ράβδο, καταγράφοντας τις ρωγμές με δύο βιντεοκάμερες και τον ήχο με δύο μικρόφωνα, συγχρονισμένα με τις κάμερες, προκειμένου να εντοπίσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια την προέλευση των παλμών πίεσης.
Τα αποτελέσματά τους έδειξαν ότι το «τσίριγμα» προέρχεται από μια σειρά εξασθενημένων κρουστικών κυμάτων που κορυφώνονται όταν οι εγκάρσιες ρωγμές φτάνουν στην άκρη της ταινίας.
Η υπερηχητική ταχύτητα με την οποία κινούνται σε σχέση με τον περιβάλλοντα αέρα είναι καθοριστική για τη δημιουργία αυτών των κρουστικών κυμάτων. «Δημιουργείται ένα μερικό κενό ανάμεσα στην ταινία και το στερεό σώμα όταν ανοίγει η ρωγμή», εξήγησαν οι συγγραφείς.
«Η ρωγμή κινείται πολύ γρήγορα για να προλάβει να γεμίσει άμεσα αυτό το κενό, παρόλο που ο αέρας αναρροφάται από την κατεύθυνση που είναι κάθετη στη ρωγμή. Επομένως, το κενό κινείται μαζί με τη ρωγμή μέχρι να φτάσει στην άκρη της ταινίας και να καταρρεύσει στον ακίνητο αέρα που βρίσκεται έξω».
Κάθε φορά που η άκρη μιας θραύσης φτάνει στην άκρη της ταινίας, παράγει έναν ηχητικό παλμό — εξού και το χαρακτηριστικό τσίριγμα.