Когда стеклянный стакан падает на пол и разбивается, его осколки будут варьироваться по размеру от больших до очень маленьких. А вот разбитое стекло автобусной остановки будет более-менее равномерным. Ученые попытались объяснить, почему так происходит.
Авторы Стефан Коой, Жерар ван Дален, Жан-Франсуа Молинари и Даниэль Бонн исследовали процесс фрагментации и обнаружили, что существуют два очень разных способа разрушения. Стекло на автобусных остановках разрушается иначе, так как оно было обработано особым образом, из-за этого в нем есть внутреннее напряжение: оно в конечном итоге и приводит к сходству фрагментов.
Чтобы изучить процесс, происходящий со стеклом автобусной остановки, исследователи изучили аналогичный вид стекла, который называется каплей принца Руперта или голландской слезой. Они получаются путем капания расплавленного стекла в холодную воду. Поскольку стекло сначала затвердевает снаружи и только потом внутри, внутри капли возникают большие напряжения, сравнимые с теми, которые возникают в стекле автобусной остановки.
В интернете можно найти большое количество видеороликов, на которых показаны особые свойства таких капель: они могут выдержать удар молотком, но разбиваются на куски, если им защемить хвостик.
Исследователи на примере 22 тыс. видов капель изучили различные процессы фрагментации. Они сравнили процесс разрушения капель принца Руперта с другими предметами и выяснили, что существует два типа процессов фрагментации, которые они назвали иерархическим и случайным.
Когда вы роняете обычный стакан на пол, происходит иерархический процесс. Энергия, которая есть при движении стекла, намного больше, чем необходимо для однократного разрушения. Чтобы избавиться от всей кинетической энергии, внутри стекла появляется все больше и больше трещин. Процесс иерархичен — он идет от больших трещин к все более мелким.
Большинство ситуаций, в которых объекты ломаются, относятся иерархическому типу. Исключение возникает, когда энергия для разрушения объекта поступает не извне, а является результатом внутренних напряжений, как в случае со стеклом автобусной остановки и каплями принца Руперта. В таком случае образование трещин происходит не от больших к малым, а совершенно случайным образом. В результате фрагменты имеют определенный размер, определяемый величиной внутреннего напряжения в материале.
Читать далее
Создана первая точная карта мира. Что не так со всеми остальными?
Илон Маск: первые туристы на Марс погибнут
Крупные обломки китайской космической станции «Скайлэб» летят к Земле