נוסחת המכות: איך פיזיקאים מפיקים משוואות חדשות באמצעות ספגטי

אגרטל נופל, קוביית סוכר כתושה ובועה מתפוצצת לכולם יש דבר אחד במשותף – הם מתפוצצים באותו אופן. פורטל החדשות livescience.com מספר כיצד ספגטי וסוכר עזרו לפיזיקאי למצוא נוסחה מתמטית חדשה

לפי מחקר שפורסם בכתב העת Physical Review Letters מאת המדען הצרפתי עמנואל וילרמאו, משוואה מתמטית יכולה לתאר את גודל השברים שנוצרים כאשר משהו נשבר. הוא מאמין שהנוסחה שלו חלה על מגוון רחב של חומרים, כולל מוצקים, נוזלים ובועות גז.

למרות שסדקים מתפשטים דרך חפץ בדרכים בלתי צפויות, ניסויים הראו שגודל השברים קבוע ללא קשר לחומר. באופן יחסי, כל חפץ מחולק למספר מסוים של חלקים גדולים וקטנים – מדענים חשדו בעבר שהקביעות הזו היא תכונה כללית של התהליך עצמו.

אבל ווילרמו מתמקד לא בהיווצרותם של שברים אלא בשברים עצמם. הפיזיקאי מאמין שאובייקטים סדוקים פועלים לפי העיקרון של "אקראיות מקסימלית" – סוג הסדקים שסביר ביותר להתרחש הוא הכאוטי ביותר. כזה שמגביר את האנטרופיה, המכונה גם הפרעה.

אבל האקראיות הזו חייבת, כך או אחרת, לציית לגבולות מסוימים. כדי להסביר את הניואנס הזה, וילרמו יישם את חוק השימור שהתגלה על ידו ועל ידי עמיתיו בשנת 2015. הוא מוסיף גבולות פיזיים לצפיפות הפסולת בחלל כאשר חפץ מתפרק.

על ידי הוספת שני העקרונות לעיל, הפיזיקאי השיג משוואה מתמטית המתארת ​​את תבנית הגודל של שברים. לאחר מכן הוא בדק את התוצאות מול שנים של נתונים על חפצים שבירים, מזכוכית ועד פיסות פלסטיק באוקיינוס, טיפות נוזלים ואפילו פסטה. וכולם היו עקביים עם התפלגות הגודל החזויה. וילרמו בדק את המשוואה עוד יותר על ידי הפלת חפצים כבדים על קוביות סוכר וצפייה בהן נסדקות.

עם זאת, חוקים חדשים לא תמיד מיושמים. למשל, היא לא עוסקת במצבים שבהם אין אלמנט של אקראיות, כמו שבירת זרם חלק של מים לטיפות בגודל זהה. הנוסחה גם לא לוקחת בחשבון את התנאים שבהם החלקים מתקשרים זה עם זה, כמו בחלק מהפלסטיקים.