Hvor stort er et fragment?

Når et drikkeglas falder på gulvet og går i stykker, skårene vil variere i størrelse fra store til ekstremt små. For glasset i et busskur, historien er anderledes:alle fragmenter har nogenlunde samme størrelse. Forskere fra universitetet i Amsterdam, Unilever Vlaardingen og EPFL Lausanne undersøgte breaking-fænomenet, og opdagede, at to meget forskellige processer forårsager de to typer skår. Resultaterne blev offentliggjort i Naturkommunikation denne uge.

Undtagelsen fra reglen

Den observation, at der er fragmenter af alle størrelser, viser sig at holde til alle slags typiske brud- og fragmenteringsprocesser. Imidlertid, der er undtagelser:tænk på ødelagte busskure, hvor alle glasstykkerne har nogenlunde samme størrelse. Denne forskel er ikke en tilfældighed – den viser sig at være en vigtig brik i puslespillet, der fører til en forklaring på den måde, hvorpå normale genstande går i stykker.

Stefan Kooij, Gerard van Dalen, Jean-François Molinari og Daniel Bonn inspicerede fragmenteringsprocessen, og opdagede, at der findes to meget forskellige måder at bryde på. Den særlige opførsel af glasset i busskure opstår, fordi glasset er blevet behandlet på en særlig måde, hvilket gør, at glasset får indre spændinger. Disse belastninger fører til sidst til ligheden mellem fragmenterne.

For at studere processen, der foregår i buslæs glas, forskerne undersøgte en lignende slags glas:'Prins Ruperts dråbe', også kendt som en 'hollandsk tåre'. Disse glasdråber - se det venstre billede ovenfor for et eksempel - er lavet ved at dryppe smeltet glas i koldt vand. Fordi glasset først størkner på ydersiden og først senere på indersiden, får det til at krympe en smule, store spændinger udvikles inde i dråben, sammenlignes med dem i buslæserglas. På internettet, der kan findes mange videoer, der viser dråbernes særlige egenskaber:de kan tåle at blive slået med en hammer, men splintres i utallige stykker, når 'halen' af dråben bliver klemt.

Hierarkisk og tilfældig

Ved at bruge flere teknikker – herunder brugen af ​​CT-scanninger til at måle næsten 22, 000 fragmentstørrelser af en Prince Ruperts dråbe - forskerne studerede de forskellige fragmenteringsprocesser. Ved at sammenligne brydningen af ​​Prins Ruperts dråber med fragmenteringen af ​​andre materialer, de var i stand til at udlede, at der eksisterer to typer fragmenteringsprocesser, som de kaldte hierarkisk og tilfældig.

Når du taber et almindeligt glas på gulvet, den proces, der sker, er den hierarkiske. Den energi, der er indeholdt i glassets bevægelse, er meget større, end hvad der er nødvendigt for at fremtvinge et enkelt brud. For at slippe af med al kinetisk energi, flere og flere brud udvikler sig inde i glasset. Processen er hierarkisk – den går fra store til stadigt mindre revner – og resulterer i, at til sidst, der er ingen karakteristisk fragmentstørrelse.

Langt de fleste situationer, hvor objekter går i stykker, er af denne hierarkiske type. Undtagelsen opstår, når energien til at bryde genstanden ikke kommer udefra, men er et resultat af indre belastninger, som det er tilfældet i buskurveglas og Prins Ruperts dråber. I et sådant tilfælde, dannelsen af ​​frakturerne sker ikke fra store til små, men på en helt tilfældig måde, hvor 'spaltning' af revnerne afhænger af de indre spændinger. Som resultat, fragmenterne i dette tilfælde har en bestemt størrelse, bestemt af størrelsen af ​​den indre spænding i materialet.

Det faktum, at disse to typer fragmentering eksisterer, er ikke kun en interessant kuriosum; resultaterne af forskningen kan også føre til nyttige praktiske anvendelser. Her, man kan tænke på at udvikle bedre sikkerhedsglas til bilruder, men også af produktion af medicin, hvor fragmenteringsstørrelsen spiller en vigtig rolle i hastigheden for absorption af medicinen i kroppen.