Разрушение телефона, пластика или стекла кажется мгновенным, но новое исследование показало, что ключевые процессы начинаются задолго до финального разлома. Учёные обнаружили, что трещины зарождаются как крошечные двумерные участки, которые растут крайне медленно — со скоростью от микрометров до миллиметров в секунду. И только когда такой участок достигает толщины материала, он превращается в быстро распространяющуюся трещину, вызывающую внезапный разрыв. Об этом рассказывает сайт Phys.org.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters. Его провели Юваль Паз и Джей Файнберг из Института физики Ракаха Еврейского университета в Иерусалиме совместно с Мэн Ваном из Пекинского технологического института и Мохтаром Адда-Бедиа из CNRS, ENS de Lyon и Лионского университета.
Классическая теория механики разрушения, известная как LEFM, хорошо описывает поведение уже распространяющихся трещин, но не объясняет, как трещина зарождается. Эксперименты показали, что в трёхмерных материалах разрушение начинается при достижении критического напряжения, когда появляется двумерный участок повреждения. Этот участок медленно расширяется в процессе, называемом ползучестью, и при приближении к толщине материала происходит геометрический переход: двумерный участок становится одномерной сквозной трещиной, после чего начинается взрывное ускорение.
Медленная стадия занимает не менее 75% всего процесса разрушения, тогда как финальный разрыв происходит за микросекунды или миллисекунды. В экспериментах классическая длина Гриффита составляла около 1 миллиметра, а трещины зарождались при масштабах примерно 0,1 миллиметра — в 10 раз меньше.
Новая теория не заменяет классическую механику, а дополняет её, связывая три стадии: зарождение трещины, медленную ползучесть и взрывное разрушение. Исследователи также предполагают, что этот механизм может быть применим к землетрясениям, поскольку разрывные процессы вдоль поверхностей трения могут отражать ту же геометрическую основу.