Un físico francés logró predecir matemáticamente el patrón de rotura de sólidos y líquidos frágiles, desde vasos hasta terrones de azúcar.
Cada vez que se cae un plato o se rompe un vaso, detrás del fastidio cotidiano hay una pregunta científica profunda: ¿por qué los objetos se fragmentan en pedazos tan variados? La respuesta, según una investigación publicada en Physical Review Letters, podría residir en una ley universal que combina aleatoriedad y conservación física.
El trabajo fue liderado por Emmanuel Villermaux, físico de la Universidad de Aix-Marsella y miembro del Instituto Universitario de Francia. El científico logró construir una teoría matemática que describe cómo se fragmentan diversos cuerpos, desde sólidos frágiles hasta gotas de líquido, pasando por burbujas en explosión.
El principio del caos probable
Villermaux partió de una idea central: en cualquier evento de ruptura, el resultado más probable será también el más caótico. Lo llamó “principio de aleatoriedad máxima”, sosteniendo que la naturaleza tiende a distribuir los fragmentos siguiendo el camino de menor resistencia.
Pero el caos, advierte el investigador, no es infinito. Está regido por restricciones físicas. Por eso sumó a su fórmula una ley de conservación previamente descubierta por su equipo, que actúa como un límite invisible a cómo se distribuyen los tamaños de los fragmentos.
Al combinar ambos conceptos, Villermaux derivó una fórmula precisa que predice cómo se reparte el tamaño de los pedazos al romperse un objeto, según su forma y dimensiones. De ese modo, determinó el exponente matemático que define la conocida “ley de potencia” en la distribución de fragmentos.
Experimentación y validación
Para verificar su teoría, Villermaux no recurrió a sofisticados equipos, sino a un objeto cotidiano: terrones de azúcar. Triturando cubos uno a uno, pudo predecir correctamente la distribución de tamaños resultantes. Más aún, comparó su ley con décadas de datos de fragmentación acumulados en materiales diversos y comprobó su coherencia matemática.
El modelo demostró ser aplicable a sólidos frágiles como vidrio, cerámica o sal, y también a líquidos que estallan en pequeñas gotas, como burbujas o emulsiones violentas.
No todo se rompe igual
Sin embargo, el investigador advierte que su ley no puede aplicarse en todos los casos. En materiales blandos —como ciertos plásticos—, o en procesos donde las roturas son extremadamente ordenadas —por ejemplo, en chorros de agua que se dividen en gotas del mismo tamaño por tensión superficial—, la predicción no funciona del todo.
Pese a estas excepciones, el hallazgo representa un avance significativo en la comprensión de un fenómeno omnipresente, desde accidentes domésticos hasta explosiones industriales o procesos geológicos.
Fuente: https://dx.doi.org/10.1103/r7xz-5d9c
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