Per decenni, i fisici hanno osservato uno schema coerente nel modo in cui gli oggetti si frantumano, dalle piastre cadute alle onde che si infrangono. Ora, una nuova equazione derivata da Emmanuel Villermaux dell’Università di Aix-Marseille in Francia ha codificato questo fenomeno in una legge universale di frammentazione. Questa innovazione significa che, indipendentemente dal materiale o dalla natura della rottura, la distribuzione delle dimensioni dei frammenti seguirà uno schema prevedibile.
Il principio fondamentale: massimizzare il disordine
Invece di concentrarsi sui dettagli microscopici delle crepe, Villermaux ha fatto un passo indietro. Considerò tutti i possibili modi in cui un oggetto poteva rompersi, quindi identificò il risultato più probabile: il modello di frantumazione più disordinato e irregolare. Questo approccio è simile al modo in cui le leggi fondamentali della fisica furono sviluppate nel XIX secolo analizzando grandi insiemi di particelle. La chiave sta nell’entropia – la tendenza dei sistemi a muoversi verso il massimo disordine.
Villermaux ha combinato questo principio con una legge precedentemente stabilita che regola il modo in cui la densità dei frammenti cambia durante la frantumazione. Insieme, questi componenti gli hanno permesso di formulare un’equazione che prevede con precisione quanti frammenti di ciascuna dimensione risulteranno da una rottura.
Convalida su diversi sistemi
Per testare l’equazione, Villermaux ha confrontato le sue previsioni con i dati sperimentali di un’ampia gamma di eventi sconvolgenti: barre di vetro, spaghetti secchi, piatti di ceramica, plastica oceanica e persino onde che si infrangono in mari agitati. La legge è rimasta valida in tutti questi scenari, riproducendo costantemente la forma familiare del grafico osservata dai ricercatori per anni. L’equazione è stata anche convalidata attraverso un semplice esperimento che prevedeva la frantumazione di zollette di zucchero con le sue figlie, dimostrandone la robustezza nelle situazioni quotidiane.
Limitazioni e direzioni future
La legge non è infallibile. Non si applica a schemi di rottura altamente regolari, come la formazione di goccioline uniformi da un getto liquido, o quando i frammenti interagiscono durante la frantumazione. Tuttavia, per le pause caotiche e incontrollate, fornisce un livello di potere predittivo senza precedenti.
Ferenc Kun dell’Università di Debrecen in Ungheria osserva che, sebbene l’ubiquità del modello di frammentazione suggerisca un principio di fondo, l’ampia applicabilità della legge è notevole. Sottolinea inoltre l’adattabilità dell’equazione, sottolineando che può essere modificata per tenere conto di vincoli specifici, come le crepe autoriparanti talvolta osservate nella plastica.
Implicazioni nel mondo reale
Comprendere la frammentazione non è solo un esercizio accademico. Kun suggerisce che la legge potrebbe avere applicazioni pratiche in campi come l’estrazione mineraria industriale, dove l’ottimizzazione della frantumazione del minerale può migliorare l’efficienza. Potrebbe anche aiutare a prevedere e mitigare le cadute di massi, che stanno diventando più frequenti nelle regioni montuose a causa dell’aumento delle temperature globali.
La ricerca futura potrebbe esplorare la distribuzione delle forme dei frammenti, non solo le dimensioni, e determinare la dimensione minima teorica del frammento. Per ora, l’equazione di Villermaux rappresenta un risultato fondamentale nella comprensione di uno dei processi più comuni e allo stesso tempo misteriosi della natura.
“L’equazione non funziona nei casi in cui non esiste casualità e il processo di frammentazione è troppo regolare”, spiega Villermaux, sottolineando la dipendenza della legge dalla rottura caotica.
