Когда тарелка падает или стакан разбивается, мы раздражены беспорядком и необходимостью их замены. Но для некоторых физиков осколки — это источник восхищения: почему всё ломается на такое огромное разнообразие размеров?
Эммануэль Виллермо — учёный из Университета Экс-Марсель во Франции и Университетского института Франции — вывел простой и элегантный закон, описывающий разрушение объектов, будь то хрупкие твёрдые тела, капли жидкости или лопающиеся пузыри.
Учёные давно подозревали, что фрагментация имеет нечто универсальное
Если подсчитать, сколько фрагментов приходится на каждый диапазон размеров, и построить график этого распределения, то он будет иметь одинаковую форму независимо от разрушенного объекта.
Отправной точкой Виллермо стал масштабный хаос разрушения
Он утверждал, что в большинстве случаев наиболее вероятным исходом всегда будет самый беспорядочный и нерегулярный, принцип, который он назвал «максимальной случайностью». Это природа, выбирающая путь наименьшего сопротивления.
Однако, поскольку общеизвестно, что хаос должен подчиняться физическим ограничениям, он ввёл закон сохранения, который ранее обнаружила его команда. Этот закон действует как невидимое правило, гарантирующее, что общий масштаб фрагментов (сколько крупных и сколько мелких фрагментов) не может изменяться случайным образом при разрушении объекта.
Чтобы вывести свой универсальный закон фрагментации, Виллермо объединил как максимальную случайность, так и закон сохранения.
«Кинематическое ограничение, применённое к принципу максимальной случайности, позволяет определить как степенной закон распределения размеров фрагментов, так и значение его показателя, зависящего от размерности», — написал Виллермо в своей статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
Связывая эти два принципа, он смог математически предсказать универсальную закономерность размеров фрагментов. Он показал, что закон идеально соответствует большому объёму данных о фрагментации, собранных за десятилетия для различных объектов, включая хрупкие твёрдые тела и жидкости. И он проверил его в оригинальном эксперименте, раздавив одиночные кубики сахара, и правильно предсказал специфический размер фрагментов, основываясь на трёхмерной форме куба.
Однако этот универсальный закон не объясняет каждое разрушение. Правило работает лучше всего, когда объект разрушается случайным образом, например, когда стакан внезапно падает на пол. Но оно не работает, если материал слишком мягкий, как некоторые пластмассы, или если разрушение слишком упорядоченное, например, когда поверхностное натяжение заставляет струю воды разбиваться на капли одинакового размера.
© 2025 Science X Network
More from Other Physics Topics
published in the journal Physical Review Letters.»,»By linking these two principles, he was able to mathematically predict the universal size pattern of the fragments. He showed that the law perfectly matched large amounts of fragmentation data collected over decades from a variety of objects, including brittle solids and liquids. And he tested it in an original experiment by crushing single sugar cubes and correctly predicted the specific size pattern based on the cube’s three-dimensional shape.»,»However, this universal law doesn’t explain every breakage. The rule works best when an object shatters randomly, such as when a glass tumbler suddenly hits the floor. But it doesn’t work well if the material is too soft, like some plastics, or if the breakup is too orderly, such as when surface tension causes a stream of water to break into droplets of the same size.»,»\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t © 2025 Science X Network\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t «,»\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Other Physics Topics\n\t\t\t\t\t\t «]’>Источник