När ett dricksglas faller på golvet och går sönder, skärvorna kommer att variera i storlek från stora till extremt små. För det krossade glaset i ett busskydd, historien är annorlunda:alla fragment har ungefär samma storlek. Forskare från universitetet i Amsterdam, Unilever Vlaardingen och EPFL Lausanne undersökte brottsfenomenet, och upptäckte att två mycket olika processer orsakar de två typerna av skärvor. Resultaten publicerades i Naturkommunikation Denna vecka.

Undantaget från regeln

Observationen att det finns fragment av alla storlekar, visar sig hålla för alla typer av typiska brytnings- och fragmenteringsprocesser. Dock, det finns undantag:tänk på trasiga busskurer, där alla glasbitarna har mer eller mindre samma storlek. Denna skillnad är inte en slump – den visar sig vara en viktig pusselbit som leder till en förklaring till hur vanliga föremål går sönder i bitar.

Stefan Kooij, Gerard van Dalen, Jean-François Molinari och Daniel Bonn undersökte fragmenteringsprocessen, och upptäckte att det finns två väldigt olika sätt att bryta. Glasets speciella beteende i bussjourer uppstår eftersom det glaset har behandlats på ett speciellt sätt, vilket gör att glaset får inre spänningar. Dessa påfrestningar leder så småningom till likheten mellan fragmenten.

För att studera processen som sker i bussskyddsglas, forskarna undersökte en liknande typ av glas:"Prins Ruperts droppe", även känd som en "holländsk tår". Dessa glasdroppar - se den vänstra bilden ovan för ett exempel - görs genom att droppa smält glas i kallt vatten. Eftersom glaset först stelnar på utsidan och först senare på insidan, får den att krympa lite, stora spänningar utvecklas inuti droppen, jämförbar med de i bussskyddsglas. På internet, många videor kan hittas som visar dropparnas speciella egenskaper:de tål att slås med en hammare, men splittras i otaliga bitar när "svansen" på droppen kläms.

Hierarkisk och slumpmässig

Använda flera tekniker – inklusive användningen av CT-skanningar för att mäta nästan 22, 000 fragmentstorlekar av en Prince Ruperts droppe – forskarna studerade de olika fragmenteringsprocesserna. Genom att jämföra brytningen av prins Ruperts droppar med fragmenteringen av andra material, de kunde härleda att två typer av fragmenteringsprocesser existerar, som de kallade hierarkiskt och slumpmässigt.

När du tappar ett vanligt glas på golvet, den process som sker är den hierarkiska. Energin som finns i glasets rörelse är mycket större än vad som är nödvändigt för att tvinga fram ett enstaka brott. För att bli av med all rörelseenergi, fler och fler sprickor utvecklas inuti glaset. Processen är hierarkisk - den går från stora till allt mindre sprickor - och resulterar i att så småningom, det finns ingen karakteristisk fragmentstorlek.

Överlägset de flesta situationer där objekt går sönder är av denna hierarkiska typ. Undantaget uppstår när energin för att bryta föremålet inte kommer utifrån, men är ett resultat av inre påfrestningar, som är fallet i bussskyddsglas och prins Ruperts droppar. I så fall, bildandet av frakturerna sker inte från stora till små, men på ett helt slumpmässigt sätt, där "sprickningen" beror på de inre spänningarna. Som ett resultat, fragmenten i det här fallet har en viss storlek, bestäms av storleken på den inre spänningen i materialet.

Att dessa två typer av fragmentering existerar är inte bara en intressant nyfikenhet; resultaten av forskningen kan också leda till användbara praktiska tillämpningar. Här, man kan tänka sig att utveckla bättre säkerhetsglas för bilfönster, men också av produktion av läkemedel, där fragmenteringsstorleken spelar en viktig roll i absorptionshastigheten för läkemedlet i kroppen.