Emmanuel Villermaux je predložio jednačinu koja opisuje raspodelu veličina fragmenata pri razbijanju, zasnovanu na principu «maksimalne nasumičnosti» i na zakonu očuvanja iz 2015. Model odgovara podacima za razne materijale — od stakla i tečnosti do plastičnih delova u okeanu — ali ne važi u potpuno determinističkim procesima ili kada fragmenti snažno interaguju. Dalji rad usmeriće se na najmanje moguće fragmente i oblik fragmenata.
Zakon „maksimalne nasumičnosti” objašnjava zašto se stvari lome baš onako kako nas nervira
Padnuta vaza, zdrobljena kocka šećera ili eksplodirani mehurić deluju različito — ali kada se razbiju, veličine nastalih fragmenata prate isti obrazac. Francuski fizičar Emmanuel Villermaux predložio je jednačinu koja objašnjava tu univerzalnu raspodelu fragmenata, zasnovanu na principu „maksimalne nasumičnosti” i na zakonu očuvanja koji je on i tim otkrio 2015. godine. Rad je objavljen u časopisu Physical Review Letters.
Šta znači „maksimalna nasumičnost”?
Princip maksimalne nasumičnosti podrazumeva da je najverovatniji način razbijanja onaj koji maksimizuje entropiju — odnosno, najneuredniji mogući raspored fragmenata koji je ipak u skladu sa fizičkim ograničenjima. Villermaux je kombinovao taj princip sa posebnim zakonom očuvanja koji ograničava gustinu fragmenata u prostoru i tako izveo matematičku jednačinu za raspodelu veličina fragmenata.
Empirijska potvrda
Model je testiran na bogatim podacima o fragmentaciji raznih materijala i procesa: lomljenje stakla, pucanje kapljica tečnosti, raspad mehurića gasa, lomljenje špageta, plastični fragmenti u okeanu, pa čak i ljuske sa ranih kamених alata. U većini slučajeva predviđanja jednačine odgovaraju posmatranjima. Kao jednostavan eksperiment, Villermaux je koristio padanje teških predmeta na kocke šećera — test koji je, kako je sam rekao, radio kao letnji projekat sa svojim ćerkama i kasnije vratio podatke jer su jasno ilustrovali model.
Ograničenja i izuzeci
Ipak, zakon nije univerzalan u apsolutnom smislu. Ne primenjuje se kada nema nasumičnosti u procesu (na primer, kada gladak mlaz tečnosti puca u jednake kapljice) niti u situacijama gde fragmenti međusobno jakno interaguju, što se pojavljuje kod nekih vrsta plastike. U tim slučajevima druge fizikalne sile i dinamika određuju veličine i raspored fragmenata.
Zašto je to važno?
Razumevanje univerzalnih pravila fragmentacije može imati praktične primene: optimizaciju potrošnje energije pri drobljenju rude u rudarstvu, predviđanje ponašanja stenja u odronima ili bolje upravljanje otpadom i mikroplastikom. Ferenc Kun, fizičar sa Univerziteta u Debrecenu, ističe da ovakvi modeli pomažu da se shvati kako se energija troši pri razbijanju materijala i kako da se ti procesi kontrolišu.
Naredni koraci istraživanja
Među pitanjima koja ostaju otvorena su određivanje najmanje moguće veličine fragmenta i analiza da li i oblici fragmenata slede slične univerzalne zakonitosti. Takođe, studije će verovatno istraživati granice primene modela u složenijim materijalima i u situacijama sa jakim međufragmentnim interakcijama.
Citati: Emmanuel Villermaux je o eksperimentu sa kockama šećera rekao da je to bio „letnji projekat sa mojim ćerkama” koji je kasnije poslužio kao ilustracija modela. Ferenc Kun je naveo da razumevanje fragmentacije može pomoći u industrijskim i bezbednosnim primenama.
Pomozite nam da budemo bolji.
