Durante décadas, los físicos han observado un patrón constante en la forma en que los objetos se rompen, desde la caída de placas hasta las olas rompientes. Ahora, una nueva ecuación derivada por Emmanuel Villermaux de la Universidad de Aix-Marsella en Francia ha codificado este fenómeno en una ley universal de fragmentación. Este avance significa que, independientemente del material o la naturaleza de la rotura, la distribución de los tamaños de los fragmentos seguirá un patrón predecible.
El principio básico: maximizar el desorden
En lugar de centrarse en los detalles microscópicos del agrietamiento, Villermaux dio un paso atrás. Consideró todas las posibles formas en que un objeto podría romperse, luego identificó el resultado más probable: el patrón de rotura más desordenado e irregular. Este enfoque es similar a cómo se desarrollaron las leyes fundamentales de la física en el siglo XIX mediante el análisis de grandes conjuntos de partículas. La clave está en la entropía : la tendencia de los sistemas a avanzar hacia el máximo desorden.
Villermaux combinó este principio con una ley previamente establecida que rige cómo cambia la densidad de los fragmentos durante la rotura. Juntos, estos componentes le permitieron formular una ecuación que predice con precisión cuántos fragmentos de cada tamaño resultarán de una ruptura.
Validación en diversos sistemas
Para probar la ecuación, Villermaux comparó sus predicciones con datos experimentales de una amplia gama de eventos devastadores: barras de vidrio, espaguetis secos, platos de cerámica, plástico oceánico e incluso olas rompiendo en mares agitados. La ley se cumplió en todos estos escenarios, reproduciendo consistentemente la forma gráfica familiar observada por los investigadores durante años. La ecuación incluso fue validada mediante un sencillo experimento que consistió en romper terrones de azúcar con sus hijas, lo que demostró su solidez en situaciones cotidianas.
Limitaciones y direcciones futuras
La ley no es infalible. No se aplica a patrones de rotura muy regulares, como gotas uniformes que se forman a partir de un chorro de líquido, o cuando los fragmentos interactúan durante la rotura. Sin embargo, para rupturas caóticas e incontroladas, proporciona un nivel de poder predictivo sin precedentes.
Ferenc Kun, de la Universidad de Debrecen (Hungría), señala que si bien la ubicuidad del patrón de fragmentación sugería un principio subyacente, la amplia aplicabilidad de la ley es notable. También señala la adaptabilidad de la ecuación, señalando que se puede modificar para tener en cuenta limitaciones específicas, como las grietas que se curan solas y que a veces se observan en los plásticos.
Implicaciones en el mundo real
Comprender la fragmentación no es sólo un ejercicio académico. Kun sugiere que la ley podría tener aplicaciones prácticas en campos como la minería industrial, donde optimizar la trituración del mineral puede mejorar la eficiencia. También puede ayudar a predecir y mitigar los desprendimientos de rocas, que son cada vez más frecuentes en las regiones montañosas debido al aumento de las temperaturas globales.
Investigaciones futuras podrían explorar la distribución de formas de fragmentos, no solo tamaños, y determinar el tamaño mínimo teórico de los fragmentos. Por ahora, la ecuación de Villermaux constituye un logro histórico en la comprensión de uno de los procesos más comunes pero misteriosos de la naturaleza.
“La ecuación no funciona cuando no hay aleatoriedad y el proceso de fragmentación es demasiado regular”, explica Villermaux, subrayando la dependencia de la ley de una ruptura caótica.
