Французский физик сформулировал закон, предсказывающий, как все ломается и разбивается

Французские ученые открыли универсальный закон, который предсказывает, как разрушаются различные объекты, от стеклянных бутылок до пузырей. Исследователь Эммануэль Виллермо из Университета Экс-Марсель и Университетского института Франции сформулировал элегантный и простой закон, описывающий процесс дробления. Его подход применим к широкому спектру случаев, включая хрупкие твердые тела, капли жидкости и лопающиеся пузыри. Этот закон обеспечивает единую основу, объясняющую фундаментальные принципы разрушения материалов в различных контекстах.

Виллермо начал с изучения крайнего беспорядка, возникающего в момент разрушения. Он предположил, что в большинстве случаев результат естественным образом оказывается самым нерегулярным и хаотичным, следуя принципу максимальной случайности, то есть природа выбирает путь наименьшего сопротивления. Одновременно ученый признал, что даже хаотичные события подчиняются физическим ограничениям. Чтобы учесть это, он применил открытый ранее его командой закон сохранения, который гарантирует, что кажущаяся случайность фрагментации все же подчиняется предсказуемым физическим ограничениям. Этот закон действует как невидимый каркас, обеспечивая сохранение общего баланса фрагментов — соотношения крупных и мелких осколков — даже при разрушении объекта.

Для разработки своего универсального закона Виллермо объединил принцип максимальной случайности с законом сохранения. Такой подход позволил естественным образом вывести предсказуемое распределение размеров фрагментов. Эта модель хорошо согласуется с экспериментальными данными, накопленными за десятилетия и охватывающими широкий спектр материалов от хрупких твердых тел до жидкостей. Результаты показывают, что, несмотря на видимый хаос при разрушении, существуют фундаментальные физические законы, управляющие образованием фрагментов и создающие предсказуемые распределения для разных типов объектов.

Для проверки своей теории Виллермо провел наглядный эксперимент, раскалывая отдельные кусочки сахара-рафинада. Ему удалось точно предсказать размеры получившихся фрагментов, продемонстрировав, что картина разрушения тесно связана с трехмерной формой куба. Универсальный закон имеет свои пределы применимости: он лучше всего работает, когда объекты разрушаются случайным, хаотичным образом, например, когда стеклянный стакан падает и разбивается о пол. Однако закон менее точен для очень мягких материалов, таких как некоторые пластики, которые скорее деформируются, чем дробятся. Он также не столь точно предсказывает разрушение, когда процесс является высокоупорядоченным, как, например, разделение струи воды на капли равного размера под действием поверхностного натяжения. Эти исключения показывают, что, хотя закон описывает множество природных событий разрушения, определенные материалы и условия подчиняются другим правилам.