وقتی یک گیلاس آبخوری روی زمین می‌افتد و می‌شکند، اندازه قطعه‌های آن از بزرگ تا خیلی کوچک متفاوت خواهد بود. برای شیشه های شکسته یک بس شهری، داستان متفاوت است: اندازه همه قطعات تقریباً یکسان است. محققان دانشگاه آمستردام، یونیلیور ولاردینگن و EPFL لوزان با بررسی پدیده شکستن، کشف کردند که دو عملیه بسیار متفاوت باعث ایجاد دو نوع خرده ریز می شوند.
The exception to the rule
مشاهده می شود که قطعاتی در همه اندازه ها وجود دارد که برای انواع فرآیندهای شکستگی و تکه تکه شدن معمول است. با این حال، موارد استثنایی نیز وجود دارد: به شیشه شکسته بس شهری فکر کنید، جایی که تمام قطعات شیشه ای کم و بیش یک اندازه دارند. این تفاوت تصادفی نیست، معلوم می شود که قطعه مهمی از معما است که منجر به توضیحی در مورد نحوه تقسیم قطعات طبیعی می شود.
استفان کوئیج، جرارد ون دالن، ژان فرانسوا مولیناری و دانیل بن روند تقسیم بندی را بررسی کردند و کشف کردند که در عملیه شکستن، دو روش بسیار متفاوت وجود دارد. رفتار خاص شیشه در بس شهری به این دلیل بوجود می‌آید که آن شیشه به روش خاصی ترتیب شده است، که باعث می شود شیشه دچار تنش های درونی شود. این تنش ها در نهایت منجر به شباهت قطعات می شود.
محققان برای مطالعه فرآیندی که در شیشه بس شهری اتفاق می افتد، نوع مشابه شیشه را مورد بررسی قرار دادند: “قطره شاهزاده روپرت” که به آن “اشک هلندی” نیز مشهور است. این قطرات شیشه که تصویر سمت چپ را در بالا مشاهده می کنید، به عنوان مثال با ریختن لیوان مذاب در آب سرد ساخته شده است. از آنجا که شیشه ابتدا از خارج جامد می شود و بعداً از داخل جامد می شود و باعث کوچک شدن آن می شود، تنش های بزرگی در داخل قطره ایجاد می‌کند که قابل مقایسه با شیشه های پناهگاه اتوبوس است. در اینترنت، فیلم های بسیاری را می توان مشاهده کرد که ویژگی های خاص قطره ها را نشان می دهد: آنها می‌توانند در برابر ضربه چکش مقاومت کنند، اما هنگامی که “دم” قطره شکسته می شود، به قطعات بی شماری تبدیل می شوند.
محققان با استفاده از چندین تکنیک از جمله استفاده از سی تی اسکن برای اندازه گیری تقریباً 22000 اندازه قطعه قطره قطره شاهزاده روپرت، فرایندهای مختلف تکه تکه شدن را بررسی کردند. آنها با مقایسه شکستن قطره های شاهزاده روپرت و تکه تکه شدن مواد دیگر، آنها توانستند نتیجه بگیرند که دو نوع فرآیند تکه تکه شدن وجود دارد، که آنها را سلسله مراتبی و تصادفی می نامند.
وقتی لیوان معمولی را روی زمین می‌اندازید، فرایندی که اتفاق می افتد یک فرآیند سلسله مراتبی است. انرژی موجود در حرکت شیشه بسیار بزرگتر از آن چیزی است که برای تحمیل شکستگی لازم است. برای خلاص شدن از شر تمام انرژی جنبشی، شکستگی بیشتر و بیشتری در داخل شیشه ایجاد می شود. این فرایند سلسله مراتبی است و از شکاف‌های بزرگ به کوچکتر می رود و منجر به این واقعیت می شود که در نهایت، هیچ اندازه قطعه مشخصی وجود ندارد.