Hay algunas cosas en la vida que muchas personas simplemente no piensan en cuestionar. El agua moja las cosas. La gravedad apesta. Y la cinta de celofán chirría cuando la quitas.
Sin embargo, a diferencia de las complejidades de la gravedad, el chirrido de la cinta ahora ha sido explicado. Un equipo de físicos dirigido por Er Qiang Li de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China utilizó cámaras de ultra alta velocidad y micrófonos sensibles para registrar lo que realmente sucede cuando la cinta adhesiva transparente ordinaria se despega del vidrio.
La respuesta es sorprendentemente técnica: el chirrido es un tren de pequeñas ondas de choque que estallan cuando las fracturas supersónicas que atraviesan la capa adhesiva de la cinta llegan a sus bordes.
Sí. Su cinta autoadhesiva de jardín emite diminutos “booms” sónicos.
De hecho, las ruidosas protestas de la cinta adhesiva han sido objeto de investigación durante décadas. En 2010, un equipo de físicos observó ondas elásticas que viajaban por la parte desprendida de la cinta y especuló que el chirrido emanaba de ellas. Luego, un artículo de 2014 relacionó el sonido con fracturas en la cinta, pero no logró discernir el mecanismo exacto.
Li y sus colegas querían llegar al fondo del rompecabezas. Diseñaron un experimento para observar en detalle lo que sucede cuando se despega del vidrio una tira de cinta adhesiva de 19 milímetros de ancho (0,75 pulgadas).
Ahora, cuando pelas la cinta, no se levanta simplemente con un movimiento suave, sino que sigue un patrón caótico y entrecortado que los físicos llaman “stick-slip”. Este comportamiento stick-slip se ha estudiado durante décadas.
A medida que lo despegas, el adhesivo continúa adhiriéndose obstinadamente a la superficie durante una fracción de segundo. Esa es la parte del palo. Cuando la fuerza de tracción finalmente vence la unión adhesiva, ésta cede repentinamente. Ese es el desliz. Este proceso se repite una y otra vez a medida que retiras la cinta.
Sin embargo, durante cada fase de deslizamiento, algo dramático sucede dentro del adhesivo a escala microscópica. No se pela uniformemente en todo su ancho; más bien, se rasga en bandas estrechas que corren hacia los lados a través de la cinta, de un borde al otro.
Éstas se llaman fracturas transversales, y Li y sus colegas descubrieron que son la clave de por qué la cinta grita.
El equipo grabó la cinta despegándose usando dos micrófonos y dos cámaras de alta velocidad, una apuntando a la parte inferior de la cinta desde debajo del vidrio y otra encima del experimento usando un sistema de imágenes Schlieren para capturar las perturbaciones en el aire circundante.
Descubrieron que lo que hace que las fracturas sean tan inusuales es su velocidad. Registraron velocidades de fractura que oscilaban entre 250 y 600 metros por segundo (560 a 1340 millas por hora). En comparación, la velocidad del sonido en el aire a temperatura ambiente es de unos 342 metros por segundo. Eso significa que algunas de las fracturas se mueven a través de la capa adhesiva a velocidades cercanas al doble de la velocidad del sonido.
Debido a que las fracturas viajan tan rápido, dejan un pequeño espacio entre la cinta y el vidrio, una fugaz bolsa de vacío parcial. El aire no puede entrar lo suficientemente rápido como para llenarlo mientras se forma. La bolsa viaja con la grieta hasta que llega al borde de la cinta, momento en el que entra aire y la bolsa colapsa repentinamente.
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El abrupto colapso de la cavidad es lo que lanzó una débil onda de choque al aire. Estas sacudidas aisladas se mueven a una velocidad ligeramente superior a la del sonido (355 metros por segundo), más como un susurro que como una explosión, pero impulsadas por mecanismos supersónicos similares.
Finalmente, al comparar el tiempo de llegada del sonido a dos micrófonos colocados en lados opuestos de la cinta, los investigadores confirmaron que cada choque se origina en el borde y no a lo largo de la grieta.
“Las ondas elásticas que viajan a través de la cinta desprendida también podrían producir algo de sonido”, concluyen los investigadores, “pero nuestros resultados de imágenes mostraron claramente que el tren de choques débiles supera cualquier contribución de este tipo”.
Ahí lo tienes. No es necesario ser piloto de Mach para romper la barrera del sonido. Simplemente busca un rollo de cinta y vuélvete loco.
La investigación ha sido publicada en Physical Review E.