Cuando un vaso cae al suelo y se rompe, los fragmentos variarán en tamaño, de grandes a extremadamente pequeños. Por los vidrios rotos de una parada de autobús la historia es diferente:todos los fragmentos tienen aproximadamente el mismo tamaño. Investigadores de la Universidad de Amsterdam, Unilever Vlaardingen y EPFL Lausanne investigaron el fenómeno de rotura, y descubrió que dos procesos muy diferentes provocan los dos tipos de fragmentos. Los resultados fueron publicados en Comunicaciones de la naturaleza esta semana.

La excepción a la regla

La observación de que hay fragmentos de todos los tamaños, resulta adecuado para todo tipo de procesos típicos de rotura y fragmentación. Sin embargo, hay excepciones:piense en marquesinas de autobús rotas, donde todos los fragmentos de vidrio tienen más o menos el mismo tamaño. Esta diferencia no es una coincidencia; resulta ser una pieza importante del rompecabezas que conduce a una explicación de la forma en que los objetos normales se rompen en pedazos.

Stefan Kooij, Gerard van Dalen, Jean-François Molinari y Daniel Bonn investigaron el proceso de fragmentación, y descubrió que existen dos formas muy distintas de romper. El comportamiento especial del vidrio en las marquesinas de autobús surge porque ese vidrio ha sido tratado de una manera especial, lo que hace que el vidrio tenga tensiones internas. Esas tensiones eventualmente conducen a la similitud de los fragmentos.

Para estudiar el proceso que tiene lugar en el vidrio de las marquesinas, los investigadores investigaron un tipo similar de vidrio:la 'gota de Prince Rupert', también conocida como "lágrima holandesa". Estas gotitas de vidrio (vea la imagen de la izquierda arriba para ver un ejemplo) se hacen goteando vidrio fundido en agua fría. Debido a que el vidrio se solidifica primero en el exterior y solo más tarde en el interior, haciendo que se encoja un poco, se desarrollan grandes tensiones dentro de la gota, comparables a los de vidrio para paradas de autobús. En Internet, Se pueden encontrar muchos videos que muestran las propiedades especiales de las gotas:pueden resistir los golpes con un martillo, pero se rompen en innumerables pedazos cuando se pellizca la 'cola' de la gota.

Jerárquico y aleatorio

Utilizando varias técnicas, incluido el uso de tomografías computarizadas para medir casi 22, 000 tamaños de fragmentos de una gota de Prince Rupert:los investigadores estudiaron los diferentes procesos de fragmentación. Al comparar la rotura de las gotas de Prince Rupert con la fragmentación de otros materiales, pudieron deducir que existen dos tipos de procesos de fragmentación, lo que llamaron jerárquico y aleatorio.

Cuando dejas caer un vaso normal al suelo, el proceso que ocurre es el jerárquico. La energía contenida en el movimiento del vidrio es mucho mayor que la necesaria para forzar una sola fractura. Para deshacerse de toda la energía cinética, más y más fracturas se desarrollan dentro del vidrio. El proceso es jerárquico, va de grietas grandes a grietas cada vez más pequeñas, y da como resultado el hecho de que, finalmente, no hay un tamaño de fragmento característico.

Con mucho, la mayoría de las situaciones en las que los objetos se rompen son de este tipo jerárquico. La excepción surge cuando la energía para romper el objeto no proviene del exterior, pero es el resultado de tensiones internas, como es el caso del vidrio de la marquesina de autobús y las gotas de Prince Rupert. En cuyo caso, la formación de las fracturas no ocurre de grandes a pequeñas, pero de una manera completamente aleatoria, donde la 'división' de las grietas depende de las tensiones internas. Como resultado, los fragmentos en este caso tienen un tamaño específico, determinada por la magnitud de la tensión interna en el material.

El hecho de que existan estos dos tipos de fragmentación no es solo una curiosidad interesante; los resultados de la investigación también pueden conducir a aplicaciones prácticas útiles. Aquí, uno puede pensar en desarrollar mejores vidrios de seguridad para ventanas de automóviles, sino también de la producción de medicamentos, en el que el tamaño de la fragmentación juega un papel importante en la tasa de absorción del medicamento por parte del cuerpo.