Израильские физики описали процесс, который начинается с микротрещин и ведет к катастрофе

Ученые Еврейского университета Иерусалима раскрыли механизм разрушения материалов, который предшествует резкому и внезапному разлому. Этот же механизм работает и при землетрясениях.

Разрушение предметов кажется нам мгновенным событием, однако ключевой этап этого процесса происходит задолго до окончательного разлома. Исследователи выяснили, что трещины зарождаются в виде крошечных двухмерных пятен. Эти области расширяются чрезвычайно медленно – со скоростью от микронов до миллиметров в секунду. Линейная быстрая трещина формируется только тогда, когда такое пятно разрастается до толщины самого материала. Медленная фаза зарождения трещины занимает не менее 75% всего процесса разрушения. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Десятилетиями классическая механика разрушения описывала поведение трещин после их ускорения, но не давала ответа на вопрос о самом начале процесса. Новая теория дополняет классический подход, связывая три последовательные стадии: зарождение, ползучесть и взрывное разрушение. Кроме того, эксперименты показали, что зарождение трещин происходит на масштабах в десять раз меньше классической длины Гриффита – минимального размера трещины, при котором она становится нестабильной и начинает самопроизвольно и стремительно расти,

Авторы работы отмечают взаимосвязь между процессами на лабораторных образцах и в природе.

Соавтор исследования, профессор Джей Файнберг подчеркивает универсальность обнаруженного механизма: "Разрыв при растяжении и фрикционный разрыв могут отражать один и тот же базовый геометрический механизм".

Фрикционный разрыв – это быстрый срыв и скольжение двух соприкасающихся поверхностей друг относительно друга, когда сила сдвига превосходит силу трения покоя между ними.

Понимание скрытой фазы зарождения трещины и ее развития позволит пересмотреть способы обнаружения дефектов в материалах до их окончательного разрушения, а также прольет свет на физику зарождения землетрясений вдоль геологических разломов, в том числе вдоль рифта Мертвого моря. Здесь землетрясения происходят с периодичностью 100-150 лет (последнее – в 1927 году) и представляют собой классический пример природного фрикционного разрыва, возникающего при трении тектонических плит.