Como o ruído da fita adesiva nasce de ondas de choque

Pesquisadores descobriram que o som estridente que aparece quando uma fita adesiva é descolada nasce de minúsculas ondas de choque, criadas quando trincas muito rápidas atravessam a cola e atingem a borda da fita.

O achado derruba a ideia antiga de que esse guincho familiar viria principalmente do atrito durante o descolamento.

Onde começa o ruído da fita adesiva

No interior da camada fina de adesivo, a soltura não acontece como um puxão uniforme: surgem trincas estreitas que correm pela cola.

Em um estudo recente, Sigurdur T. Thoroddsen, da King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), mostrou que o som se origina na borda da fita.

As gravações dele associaram cada pulso acústico ao momento em que uma trinca termina o percurso - e não ao simples ato de a ponta solta dobrar e “estalar” ao voltar.

Essa coincidência de tempos afastou a explicação por simples raspagem e indicou um evento rápido ocorrendo dentro da cola enquanto ela se desprende.

Trincas mais rápidas do que o ar

Durante o stick-slip - o descolamento aos trancos, com alternância de “grudar” e “soltar” - o adesivo segura e, de repente, cede em rajadas. Nessas rajadas, trincas transversais atravessaram a fita a cerca de 450 a 600 metros (820 a 1.970 pés) por segundo.

Como o ar não consegue invadir o espaço nessa velocidade, uma lacuna momentânea de baixa pressão acompanha cada trinca até a borda.

Quando essa lacuna colapsa ao encontrar o ar em repouso, ela emite um pulso agudo de pressão - justamente o que o ouvido percebe.

Pulsos que viram um guincho

Um pulso isolado soaria como um pequeno “pio”, e não como o grito longo e desagradável que as pessoas reconhecem. Só que, ao descolar, surgem rajada após rajada, em sequência tão rápida que o ouvido as funde em um único som contínuo.

Em uma sequência de alta velocidade, frentes de choque apareceram por volta de 37.000 vezes por segundo, um valor muito acima da faixa comum de audição.

Isso ajuda a entender por que a fita parece soar ao mesmo tempo áspera e constante, embora a origem seja uma cadeia de eventos discretos.

Câmaras registram a prova

A evidência mais clara veio da comparação de qual microfone captava cada pulso primeiro durante o descolamento. Mais perto do destino da trinca, um dos microfones detectou o pulso antes - e o vídeo rápido também viu as ondas de choque nascerem ali.

Uma segunda câmara, operando a dois milhões de fotogramas por segundo, usou schlieren, uma técnica que revela variações na densidade do ar.

“Cada pulso sonoro é gerado quando a ponta de uma fratura alcança a borda da fita”, escreveu Thoroddsen.

Teoria antiga sobre o ruído da fita adesiva

Trabalhos anteriores já tinham ligado o guincho às trincas, mas não tinham identificado com precisão o gatilho final. Em 2010, um artigo já havia observado bandas de fratura cruzando a fita em descolamento a aproximadamente 500 metros (1.640 pés) por segundo.

Quatro anos depois, outro estudo associou essas bandas a picos fortes de som em torno de 20 e 50 quilohertz.

O novo resultado preencheu essa lacuna ao mostrar que o pulso nasce quando cada trinca chega ao ar livre.

Luz ao descolar

A fita adesiva já era conhecida entre físicos porque um experimento de 2008 indicou que, ao descolar, podem surgir luz e raios X.

Esse brilho recebe o nome de triboluminescência - luz libertada quando superfícies se separam ou se rompem e cargas elétricas saem do equilíbrio.

Em vácuo, o efeito ficou forte o suficiente para formar a imagem de um dedo, mostrando quanta energia o descolamento de fita consegue concentrar.

Ao lado do novo resultado sobre o som, essa surpresa antiga parece menos uma curiosidade e mais uma outra regra escondida do ato de descolar.

Engenheiros e o ruído da fita adesiva

Depois que a origem física do ruído foi esclarecida, ficou mais fácil imaginar um caminho para uma fita mais silenciosa. Engenheiros podem agora concentrar esforços em alterar como as trincas surgem, se propagam ou chegam à borda, em vez de apenas tentar abafar o som depois.

Isso pode fazer diferença em armazéns, linhas de embalagem e expedição, onde o descolamento repetido de fita desgasta os trabalhadores.

Também pode ajudar projetistas a avaliar quando um descolamento é estável ou perigosamente “aos solavancos” em sistemas automatizados.

Física em cima da mesa

“O guincho do descolamento de fita é um som familiar, ainda que irritante”, escreveu Thoroddsen, e os novos dados mostraram como ele se forma.

Nos experimentos, algumas trincas avançaram um pouco mais rápido do que o som no ar à temperatura ambiente, enquanto uma fita Scotch de 19 mm (3/4 de polegada) estava colada em vidro.

As próprias ondas de choque propagaram-se a cerca de 355 metros (1.165 pés) por segundo, só um pouco acima dos habituais 342 metros (1.122 pés) por segundo.

Assim, o fenómeno fica estranhamente comum e extremo ao mesmo tempo: um evento supersónico encaixado na rotina do escritório.

O que ainda não está claro

Mesmo com o mecanismo principal finalmente estabelecido para o descolamento de fita adesiva, nem todos os detalhes estão resolvidos.

Os autores afirmaram que a estrutura fina do colapso na borda ainda precisa de análise mais detalhada, em testes com puxamento mecânico mais controlado.

Eles também observaram que a fita adesiva já destacada pode enviar ondas elásticas para cima, embora essas ondas pareçam ter sido mais fracas aqui.

Isso abre espaço para experiências melhores e, talvez, para a primeira fita verdadeiramente silenciosa, desenhada a partir do adesivo.

Para além do guincho da fita adesiva

Trincas rápidas ultrapassaram o ar, fizeram colapsar pequenas lacunas na borda da fita e transformaram um incómodo de escritório em um problema de física com solução.

A mesma ideia pode orientar materiais de embalagem mais silenciosos, diagnósticos industriais mais precisos e novos estudos sobre os efeitos elétricos incomuns do descolamento de adesivos.