Emmanuel Villermaux je pokazao da fragmentacija prati univerzalni zakon potencije: broj sitnih fragmenata raste proporcionalno sa veličinom većih delova, nezavisno od materijala ili uslova. To omogućava predviđanje raspodele fragmenata ako je poznata primenjena sila. Nalaz ima široke primene — od procene štete pri zemljotresima do modelovanja rizika u inženjeringu i društvenim sistemima, uz napomenu da postoje pojedinačni izuzeci (npr. neki tečni tokovi i vrste plastike).
Sve fizičke stvari lome se po istom pravilu — Villermaux otkriva univerzalni zakon fragmentacije
Close up view of a soap bubble surrounded by other similar ones reflecting orange and blue lights - naimurrahman21/Shutterstock
Nasumičnost i haos prisutni su u prirodi, ali iznad te nasumičnosti često izranjaju jednostavni matematički obrasci. Emmanuel Villermaux sa Univerziteta Aix‑Marseille je u radu iz novembra pokazao da fragmentacija — proces u kome se predmet razbije na manje delove — prati univerzalni zakon potencije (power law), bez obzira na materijal, veličinu ili okolne uslove.
Kako je došao do zaključka
Umesto da se fokusira na mikroskopsku strukturu materijala, Villermaux je proučavao globalnu kinematiku i geometriju razdvajanja prostora usled sile. Njegov nalaz: iako intenzitet sile menja ukupan broj fragmenata i njihove dimenzije, sama geometrija podele prostora ostaje ista — što vodi univerzalnoj raspodeli veličina fragmenata.
A pen pointing at a logarithmic graph - Budimir Jevtic/Shutterstock
Normalna raspodela vs. zakon potencije
Većina ljudi poznaje normalnu (Gaussian) raspodelu u kojoj je prosečna vrednost najčešća. Kod zakona potencije to nije slučaj: nema strogo ograničene „maksimalne“ veličine, pa su retki, ali izuzetno veliki događaji dovoljni da potpuno izobliče proseke. Primeri u realnom svetu uključuju zemljotrese, cunami ili nuklearne havarije — mnogo je malih događaja i nekoliko vrlo velikih.
Šta to znači za lomljenje predmeta
Villermaux pokazuje da pri lomljenju uvek postoji mnogo više malih fragmenata nego velikih, pri čemu se broj sitnih delova povećava proporcionalno sa veličinom većih fragmenata. Drugim rečima, poznavajući primenjenu silu i osnovne uslove, moguće je predvideti raspodelu sitnih, srednjih i velikih komada.
A seismograph recording the seismic reading of an earthquake, shown by three differently colored zigzagging lines - Adventtr/Getty Images
Primene i implikacije
Ovo otkriće nije samo akademska zanimljivost. Univerzalni obrasci fragmentacije mogu unaprediti modele rizika i reagovanja u različitim oblastima: procenu područja najvećih šteta pri zemljotresima, simulacije sudara i razaranja u kosmici, kao i modelovanje nekih aspekata širenja kvarova u inženjerskim sistemima. Neki istraživači čak razmatraju prelazak ovih metoda u društvene nauke — na primer, kako se grupe raspadaju ili kako nastaju ekstremni događaji u društvenim mrežama.
Ograničenja i izuzeci
Iako je obrazac široko primenljiv, postoje izuzeci. Kontinuirani, slobodno tekući tokovi (npr. neprekinuti mlaz vode iz česme) i određene vrste plastike ne prate zakon potencije u potpunosti. Takođe, lokalne mikrostrukture i hemijski procesi mogu uticati na detalje fragmentacije u specifičnim slučajevima.
Zaključak: Fragmentacija je manje stvar slučajnosti nego što deluje — iza raspodele komadića krije se jednostavan, univerzalan matematički zakon koji može pomoći u predviđanju i modelovanju brojnih prirodnih i tehnoloških fenomena.
Autor studije: Emmanuel Villermaux, Univerzitet Aix‑Marseille. Rad objavljen u novembru.
Pomozite nam da budemo bolji.
