Фрагментацията, или начинът, по който обектите се разпадат на парчета, отдавна интригува учените. Изследователите са наблюдавали, че счупените обекти обикновено образуват фрагменти с различни размери, а разпределението на тези размери често следва една и съща схема, независимо от материала.

Въз основа на това разбиране Емануел Вилермо от Университета в Екс-Марсилия и Университетския институт на Франция е формулирал ясен и елегантен закон, описващ как се разбиват обектите. Неговият подход се прилага в широк спектър от случаи, включително крехки твърди тела, капки течност и експлодиращи мехурчета.

Чрез предоставянето на единна рамка законът помага да се обяснят основните принципи, стоящи зад начина, по който материалите се разбиват в различни контексти.

Вилермо започна с изследване на екстремното безредие, създадено по време на разрушително събитие. Той предложи, че в повечето случаи резултатът естествено би бил най-хаотичната и най-нередовна конфигурация, принцип, който той описа като максимална случайност – по същество природата следва пътя на най-малкото съпротивление.

В същото време Вилермо признава, че дори хаотичните събития са ограничени от физически граници. За да обясни това, той прилага закон за запазване, който неговият екип е открил по-рано, гарантирайки, че видимата случайност на фрагментацията все пак се подчинява на предвидими физически ограничения.

Законът функционира като невидима рамка, гарантираща, че общото съотношение на фрагментите – колко са големи и колко са малки – остава ограничено дори когато един обект се разбие. За да разработи своя универсален закон за фрагментацията, Вилермо съчетава принципа на максималната случайност със закона за запазване.

Този подход позволява естествено да се появи предсказуемото разпределение на размерите на фрагментите, като предоставя обединяващо обяснение за това как материалите се разпадат в широк спектър от контексти, от крехки твърди тела до капки течност и експлодиращи мехурчета.

Чрез комбиниране на принципите на максимална случайност и закона за запазване Вилермо е успял да предскаже математически универсален модел за размерите на фрагментите. Неговият модел е в тясна връзка с десетилетия експериментални данни, обхващащи широк спектър от материали – от крехки твърди тела до течности. Резултатите показват, че въпреки видимата хаотичност на разбиването основните физични закони определят начина, по който се образуват фрагментите, създавайки предсказуеми разпределения между различни видове обекти.

За да потвърди теорията си, Вилермо провежда творчески експеримент, като разбива отделни захарни кубчета. Той успява да предскаже с точност размера на получените фрагменти, като доказва, че моделът на разбиване отразява точно триизмерната форма на кубчето.

Универсалният закон има своите ограничения – той работи най-добре, когато обектите се разбиват по случаен, хаотичен начин, като например когато стъклена чаша пада и се разбива на пода. Законът обаче е по-малко точен за много меки материали като някои пластмаси, които са склонни да се деформират, а не да се разпадат на фрагменти.

Той също така се затруднява да предскаже разпадането, когато процесът е силно подреден, като например поток от вода, който се разпада на капки с еднакъв размер под въздействието на повърхностното напрежение. Тези изключения показват, че макар законът да обхваща много естествени събития на разпадане, определени материали и условия следват различни правила.

Снимка: Pexels

Виж още: Новият телефон на Fossibot има инфрачервена камера, която вижда до 50 м в непрогледен мрак