تصف معادلة فيزيائية جديدة القانون العالمي لكيفية تحطم الأشياء، من الزجاج إلى المعكرونة

تكشف معادلة رياضية جديدة أن المزهرية المسقطة ومكعب السكر المسحوق والفقاعة المنفجرة كلها تشترك في شيء واحد: إنها تتفكك بطرق متشابهة.

اكتشف عالم فرنسي مؤخرًا المعادلة الرياضية، التي تصف التوزيع الحجمي للشظايا التي تتشكل عندما يتحطم شيء ما. تنطبق المعادلة على مجموعة متنوعة من المواد، بما في ذلك المواد الصلبة والسوائل وفقاعات الغاز، وفقا لدراسة جديدة نشرت في 26 نوفمبر في المجلة. رسائل المراجعة البدنية.

على الرغم من أن الشقوق تنتشر عبر جسم ما بطرق لا يمكن التنبؤ بها في كثير من الأحيان، فقد أظهرت الأبحاث أن توزيع حجم الأجزاء الناتجة يبدو ثابتًا، بغض النظر عن المادة التي تتكون منها - يمكنك دائمًا توقع نسبة معينة من الأجزاء الأكبر حجمًا إلى الأجزاء الأصغر حجمًا. ويشتبه العلماء في أن هذا الاتساق يشير إلى شيء عالمي يتعلق بعملية التجزئة.

بدلاً من التركيز على كيفية تشكل الأجزاء، إيمانويل فيليرموكسقام عالم الفيزياء في جامعة إيكس مرسيليا في فرنسا بدراسة الشظايا نفسها. وفي الدراسة الجديدة، قال فيليرموكس إن الأجسام المجزأة تتبع مبدأ "العشوائية القصوى". ويشير هذا المبدأ إلى أن نمط التجزئة الأكثر احتمالا هو النمط الأكثر فوضوية، وهو النمط الذي يزيد من الإنتروبيا، أو الفوضى.

لكن تلك العشوائية يجب أن تخضع لحدود معينة. ولتفسير ذلك، قدم فيليرموكس أ قانون الحفظ اكتشفه هو وزملاؤه في عام 2015. ويضيف هذا القانون قيودًا فيزيائية على كثافة الشظايا في الفضاء عندما يتحطم جسم ما.

ومن خلال الجمع بين المبدأين، استنتج فيليرموكس معادلة رياضية تصف نمط أحجام الشظايا من جسم محطم. ثم قام بالتحقق من صحة المعادلة من خلال مقارنة تنبؤات المعادلة ببيانات التجزئة التي تم جمعها على مدار سنوات من أشياء مختلفة، بما في ذلك الزجاج والمعكرونة والقطرات السائلة وفقاعات الغاز والشظايا البلاستيكية في المحيط، وحتى رقائق من الأدوات الحجرية المبكرة. جميعها مطابقة لتوزيع الحجم المتوقع.

اختبر فيليرموكس أيضًا المعادلة عن طريق إسقاط أشياء ثقيلة على مكعبات السكر وملاحظة كيفية تفتتها. قال فيليرموكس: "كان ذلك مشروعًا صيفيًا مع بناتي". عالم جديد. "لقد فعلت ذلك منذ وقت طويل عندما كان أطفالي لا يزالون صغارًا ثم عدت إلى البيانات، لأنهم كانوا يوضحون وجهة نظري جيدًا."

ومع ذلك، فإن القانون المكتشف حديثًا لا ينطبق دائمًا: فهو لا ينطبق في المواقف التي لا تحتوي على عشوائية، مثل التدفق السلس للسائل الذي يتكسر إلى قطرات متساوية الحجم؛ ولا يغطي الحالات التي تتفاعل فيها الأجزاء مع بعضها البعض، كما هو الحال في بعض الحالات البلاستيك.

فيرينك كونوقال عالم الفيزياء في جامعة ديبريسين في المجر لمجلة نيو ساينتست إن فهم التجزئة يمكن أن يساعد العلماء على تحديد كيفية إنفاق الطاقة على تحطيم الخام في التعدين الصناعي أو كيفية الاستعداد لسقوط الصخور.

وقال فيليرموكس لمجلة New Scientist إن العمل المستقبلي قد يتضمن تحديد أصغر حجم ممكن للقطعة.

من الممكن أيضًا أن تتبع أشكال الأجزاء المختلفة علاقة مماثلة، كما كتب كون في أحد المصاحبات وجهة نظر شرط.