Los físicos predicen cómo se rompen las cosas

Una nueva ley universal predice cómo se rompen la mayoría de las cosas: los científicos lograron explicar cómo se fragmentan los objetos cohesionados, ya sean sólidos frágiles, gotas de líquido o burbujas en explosión.

Es algo tan común que ni siquiera imaginamos la complejidad que supone el fenómeno de la fragmentación para la ciencia. Pero en realidad, cuando tomamos un plato y se nos desliza involuntariamente, cayendo al piso y estallando con violencia, se está poniendo en acción uno de los grandes misterios de la física: ¿cómo se rompen los objetos, cuyas partes parecían unidas para siempre e indestructibles? No es tan sencillo como podría parecer en una primera mirada.

Un nuevo estudio del físico Emmanuel Villermaux, de la Universidad de Aix-Marsella, en Francia, propone una ley universal que tendría la capacidad de predecir cómo se fragmentan la mayoría de los objetos, combinando un principio de máxima aleatoriedad con una restricción específica, que limita las escalas posibles de los fragmentos.

Caos y conservación: la extraña armonía de la fragmentación

En la investigación, publicada en la revista Physical Review Letters, el científico inicia su razonamiento indicado que, en la mayoría de las fragmentaciones, la configuración más probable es la más desordenada. En otras palabras, esto supone que siempre lo más factible es que los pedazos se expandan en múltiples direcciones y no sigan una lógica concreta o algún tipo de orden.

Pero Villermaux añade una “ley de conservación”, que impone límites físicos al reparto de masa entre fragmentos. Esa relación directa entre el caos, o sea la tendencia natural por la máxima aleatoriedad, y una condición global de conservación, conduce matemáticamente a una distribución de tamaños, la cual sigue una tendencia que va de la mano con las dimensiones del sistema.

De acuerdo a un artículo publicado en Phys.org, el modelo teórico se confrontó con décadas de datos experimentales sobre fragmentación y con ensayos diseñados por el propio equipo de investigadores liderado por Villermaux. Por ejemplo, en uno de los experimentos lograron predecir correctamente el patrón de tamaños de los trozos obtenidos al triturar cubos de azúcar, demostrando que la geometría tridimensional del objeto influye en la forma en que se reparte la masa entre fragmentos.

Algo más que teoría

¿Por qué importa saber cómo se rompen las cosas? Más allá de los detalles científicos, comprender leyes universales de fragmentación tiene aplicaciones prácticas. Esto implica desde mejorar procesos industriales que requieren trituración controlada hasta modelar la producción de escombros en explosiones, o anticipar la generación de fragmentos en desintegraciones, por ejemplo en materiales sometidos a impactos.

Los fenómenos naturales, como la formación de sedimentos o la dinámica de meteoritos que se desintegran al entrar en la atmósfera, son otras cuestiones sobre las cuales podría arrojar luz esta nueva teoría. Un fascinante escenario que deberá confirmarse con nuevas investigaciones a realizarse en el futuro.