Físicos resuelven el misterio del ruido al despegar la cinta adhesiva que puede hacerte perder los nervios: microexplosiones supersónicas invisibles a simple vista

CIENCIAS EXACTAS: FÍSICA.

El chirrido de la cinta adhesiva esconde un fenómeno físico extremo que ocurre en fracciones de microsegundo.

Un experimento con cámaras ultrarrápidas y técnicas ópticas revela qué sucede realmente cuando el adhesivo se separa del vidrio.

El chillido agudo que surge al despegar cinta adhesiva es un sonido cotidiano y, para muchas personas, profundamente irritante. Aparece en oficinas, hogares y laboratorios con una regularidad casi banal. Sin embargo, detrás de ese ruido estridente se esconde un fenómeno físico complejo que ha intrigado a los investigadores durante años. La experiencia es simple: tirar de una tira de cinta y escuchar cómo vibra el aire con un tono penetrante. La explicación, en cambio, no lo es tanto.

Un nuevo estudio publicado en Physical Review E aborda de forma directa el origen de ese sonido. El trabajo combina cámaras de ultraalta velocidad, técnicas ópticas capaces de visualizar perturbaciones en el aire y micrófonos sincronizados con precisión, con el objetivo de rastrear el instante exacto en que se genera cada pulso acústico. Los autores parten de un mecanismo ya conocido —el llamado stick-slip— pero lo examinan con un nivel de detalle que permite ir más allá de las hipótesis anteriores.

Un movimiento a tirones que no es tan simple.

Cuando se despega cinta adhesiva, el proceso no es uniforme. En lugar de separarse de forma continua, la unión entre la cinta y la superficie alterna fases de bloqueo y liberación. Este comportamiento, conocido como stick-slip, implica que la cinta se queda momentáneamente adherida (stick) y después se despega de forma brusca (slip). Es un patrón que también aparece en fenómenos como ciertos terremotos o en el chirrido de materiales al rozarse.

El propio artículo lo resume con claridad: “El despegado de cinta adhesiva desde una superficie sólida progresa mediante un mecanismo de stick-slip”. Esa alternancia no solo determina la fuerza necesaria para tirar de la cinta, sino que organiza lo que ocurre en escalas mucho más pequeñas.

Durante la fase de deslizamiento rápido no se despega toda la anchura de la cinta al mismo tiempo. En su lugar, aparecen fracturas transversales muy estrechas que atraviesan el adhesivo de un lado a otro. Estudios previos ya habían identificado estas microfracturas, incluso registrando su movimiento a velocidades extremas. Lo que faltaba por aclarar era su relación exacta con el sonido.

Esquema del montaje experimental: vista lateral con cámara inferior para registrar las fracturas y vista frontal con sistema schlieren y dos micrófonos a ambos lados de la cinta. Fuente: Physical Review E

Cómo se observa lo invisible.

Para desentrañar el problema, el equipo diseñó un montaje experimental detallado. Utilizaron cinta de 19 milímetros de ancho adherida a una placa de vidrio gruesa y rígida, con el fin de minimizar vibraciones externas. El ángulo de tracción se mantuvo cercano a 45 grados, lo que permite reproducir condiciones controladas durante los brevísimos intervalos analizados.

El elemento clave fue la combinación de dos sistemas de imagen. Una cámara de alta velocidad observaba desde abajo, a través del vidrio, las fracturas transversales en el adhesivo. Otra cámara, equipada con un sistema schlieren, registraba cambios diminutos en la densidad del aire. Esta técnica óptica permite visualizar ondas de presión invisibles al ojo humano. Ambas cámaras estaban sincronizadas con dos micrófonos situados a cada lado de la cinta, de modo que se podía comparar el instante de llegada del sonido.

Los resultados muestran una correlación directa entre cada fase de deslizamiento y picos acústicos bien definidos. Los grandes picos de presión coinciden con las fases rápidas, mientras que en los intervalos de bloqueo la señal apenas sobresale del ruido de fondo. La observación decisiva fue que el micrófono situado en el extremo donde termina la fractura detectaba primero el pulso, lo que descartaba algunas hipótesis previas.

El momento en que el aire entra en juego.

El hallazgo central surge al analizar qué ocurre cuando una fractura transversal alcanza el borde de la cinta. En ese instante se generan ondas de choque débiles en el aire circundante. El propio resumen del artículo es explícito: “Aquí demostramos que este sonido es producido por un tren discreto de choques débiles que emanan de las finas fracturas que viajan supersónicamente con respecto al aire”.

Las mediciones indican que estas perturbaciones se desplazan a 355 ± 2 metros por segundo, aproximadamente un 4 % por encima de la velocidad del sonido a 20 °C. Es decir, Mach 1,04. Aunque las fracturas dentro del adhesivo pueden moverse entre 250 y 600 metros por segundo, lo relevante es que su interacción con el aire produce pulsos que se propagan ligeramente más rápido que el sonido ambiente.

La pregunta clave es por qué se originan justo en el borde. El artículo lo explica así: “El vacío se llena a la velocidad del sonido generando una presión dinámica de ρcv = 9600 Pa”. Cuando la fractura avanza muy deprisa, deja tras de sí una pequeña cavidad de presión reducida entre la cinta y el vidrio. Esa cavidad, de apenas unas centenas de micras de tamaño, no puede llenarse de inmediato. Se desplaza con la fractura hasta alcanzar el borde, donde colapsa de forma súbita al entrar en contacto con el aire exterior. Ese colapso genera un pulso de presión abrupto.

Esquema de los dos mecanismos propuestos para explicar el sonido: (a) la punta de la fractura supersónica generaría la onda en el aire; (b) el mecanismo observado, donde los choques se producen cuando cada fractura alcanza el borde de la cinta. Fuente: Physical Review E

La duración del proceso es extremadamente breve. El cierre de una cavidad de unos 200 micrómetros puede ocurrir en torno a 0,6 microsegundos. Esa rapidez explica por qué el sonido no se percibe como una sucesión de estallidos separados, sino como un chillido continuo. En realidad, se trata de una serie muy densa de impulsos discretos.

Qué queda descartado y qué implica.

Los autores también evaluaron una explicación alternativa basada en el movimiento de la propia cinta al desprenderse. Sin embargo, los cálculos predicen presiones mucho mayores que las observadas experimentalmente. Esa discrepancia respalda la hipótesis del colapso de la cavidad como mecanismo dominante.

En la conclusión del trabajo se resume el resultado principal: “Aquí hemos mostrado que el sonido chirriante del despegado de cinta consiste en un tren de choques débiles que se generan cuando las bandas de fractura transversales alcanzan el borde de la cinta”. Además, añaden que “las ondas elásticas que viajan en la cinta desprendida podrían también producir algo de sonido, pero nuestros resultados de imagen mostraron claramente que el tren de choques débiles domina cualquier contribución de ese tipo”.

Este fenómeno sitúa un gesto cotidiano dentro del ámbito de la dinámica de fracturas y la compresibilidad del aire, un régimen donde los efectos supersónicos se vuelven relevantes. El hecho de que un objeto tan común pueda producir ondas de choque subraya que la física de alta velocidad no está restringida a aviones o explosiones, sino que puede aparecer en contextos inesperados.

Por: Eugenio M. Fernández Aguilar. Físico, escritor y divulgador científico.

Sitio Fuente: MuyInteresante