Когато изуснем чиния или счупим чаша, ние неминуемо се ядосваме заради бъркотията, която трябва да почистим, и парите, които трябва да похарчим за подмяна. Но за някои физици счупените парчета са особено любопитни и предизвикват всякакви въпроси от типа на "Защо всичко се разбива на толкова голямо разнообразие от фрагменти?" Сега Еманюел Вилермо от Университета Екс-Марсилия и Френския университетски институт предлага прост и елегантен закон, който описва как обектите се разпадат — независимо дали са крехки твърди тела, течни капки или експлодиращи мехурчета.
Отдавна учените подозират, че във фрагментацията има нещо универсално. Ако преброите колко фрагменти попадат във всеки диапазон от размери и направите графика на това разпределение, тя изглежда почти еднакво, независимо от вида на счупения обект.
Единна формула за разпадането
Изходната точка на Вилермо е огромният хаос по време на разбиването. Той твърди, че в повечето случаи най-вероятният резултат винаги ще бъде най-безпорядъчният и най-неправилен — принцип, който нарича максимална случайност. Това е начинът, по който природата избира пътя на най-малкото съпротивление.
Но тъй като е добре известно, че хаосът трябва да спазва определени физични ограничения, той въвежда закон за запазване, открит преди това от неговия екип. Този закон действа като невидимо правило, което гарантира, че общият мащаб на фрагментите (колко големи и колко малки парчета се получават) не може да се променя произволно при разпадането. За да изведе универсалния закон за фрагментация, той комбинира принципа на максимална случайност със закона за запазване.
„Кинематично ограничение, приложено върху принцип на максимална случайност, определя както степенната форма на разпределението на размерите на фрагментите, така и стойността на показателя му, който зависи от размерността“, пише Вилермо в статията си, публикувана във Physical Review Letters.
Проверка на новия закон
Свързвайки тези два принципа, той успява математически да предвиди универсалния модел на размерите на фрагментите. Показва, че законът съвпада перфектно с огромно количество данни, събирани в продължение на десетилетия от различни обекти — включително крехки твърди тела и течности. Той го тества и в оригинален експеримент, като натрошава единични кубчета захар и успешно предсказва конкретния модел на фрагментация въз основа на триизмерната форма на кубчето.
Въпреки това универсалният закон не обяснява всеки тип разпадане. Правилото работи най-добре, когато обектът се разбива случайно, например когато стъклена чаша пада внезапно на пода. То не работи добре, ако материалът е твърде мек, като някои пластмаси, или ако разпадането е прекалено подредено — например когато повърхностното напрежение кара струя вода да се разкъсва на капчици с еднакъв размер.
Източник: Phys.org
