Єрусалим, 9 вересня 2026 року (TPS-IL) — Нове дослідження ізраїльських та міжнародних вчених може допомогти інженерам виявляти початок руйнування матеріалів ще до того, як з'явиться видимий тріщина.
Дослідники виявили, що руйнування може починатися з крихітних пошкоджених ділянок, які повільно розширюються, перш ніж перетворитися на тріщину, що швидко росте. Це відкриття може надати інженерам потенційний спосіб раніше виявляти руйнування, що розвиваються. Той самий механізм може також пролити світло на те, як починаються землетруси, хоча виявлення цих повільно рухомих передвісників залишається серйозним викликом.
Дослідження очолювали Юваль Паз та професор Джей Файнберг з Фізичного інституту Рака при Єврейському університеті в Єрусалимі, разом з Менг Вангом з Пекінського технологічного інституту та Мохтаром Адда-Бедіа з CNRS/ENS de Lyon.
Для людського ока скло або пластик можуть здаватися такими, що ламаються миттєво. Але значна частина процесу руйнування відбувається до остаточного зламу. Під достатнім навантаженням всередині матеріалу утворюється крихітна пошкоджена ділянка, яка, замість того, щоб одразу стати тріщиною, повільно розширюється назовні.
«Наше дослідження об'єднує 3 окремі питання, важливі для людей, які вивчають матеріали, їхню стабільність та міцність», — сказав Файнберг The Press Service of Israel.
Вчені давно розуміли, як поводяться тріщини, коли вони починають швидко рухатися, але пояснити, як починається тріщина, було складніше. Дослідження надає механічне пояснення цієї ранньої стадії, яку вчені називають «повзучістю».
«Якщо подумати, це природний спосіб утворення дефекту в матеріалі», — пояснив Файнберг TPS-IL.
Дослідники прагнули зрозуміти, як невелика вада, спочатку набагато менша за сам матеріал, зростає, доки не проріже його наскрізь. Їхні експерименти показали, що пошкоджена ділянка розширюється надзвичайно повільно, зі швидкістю від мікрон до міліметрів на секунду, і становить щонайменше 75% усього процесу руйнування.
Критичний перехід відбувається, коли пошкоджена ділянка досягає повної товщини матеріалу.
«Ділянка фактично змінює свою «топологію», коли остаточно прорізає товщу матеріалу», — сказав Файнберг.
Простіше кажучи, пошкоджена ділянка починається як невелика пляма, що розширюється по краях. Як тільки вона повністю прорізає матеріал, вона стає звичайною тріщиною. У цей момент тріщині потрібно набагато менше енергії для подальшого зростання, і вона може швидко прискорюватися.
Від вади до руйнування
Дослідники також виявили, що руйнування можуть починатися з набагато меншого розміру, ніж передбачає традиційна теорія руйнування: приблизно 0,1 міліметра, порівняно з традиційним критичним розміром, відомим як довжина Гріффіта, близько 1 міліметра.
Це відкриття свідчить про те, що напруга, яка діє на матеріал, а також розмір і геометрія існуючої вади відіграють роль у визначенні моменту початку руйнування.
«Основна база теорії є повністю загальною і просто пов'язана з геометрією вад або тріщин», — сказав Файнберг TPS-IL. «Сила нашої теорії полягає в її простоті. Ми просто правильно врахували вплив геометрії тріщини».
Ці висновки також можуть дати уявлення про землетруси, які відбуваються, коли напруга вздовж розломів долає сили, що утримують тектонічні плити на місці, спричиняючи їх раптове ковзання.
«Оскільки динаміка землетрусів і процес руйнування (математично) однакові, наші висновки передбачають, як повинні поводитися передвісники землетрусів», — сказав Файнберг TPS-IL.
Висновки дослідників свідчать про те, що розлом землетрусу може так само починатися з повільно розширюваної ділянки, перш ніж раптово прискоритися. Файнберг зазначив, що його команда раніше спостерігала подібний перехід у дослідженнях тертя.
Ці висновки не означають, що вчені вже можуть передбачати землетруси або точно визначати, коли матеріал зруйнується. Головним викликом є виявлення цих повільно рухомих ділянок до того, як станеться катастрофічне руйнування.
«Оскільки вони дуже повільні, вони не видають жодного «шуму» під час розширення», — сказав Файнберг TPS-IL, що ускладнює їх виявлення за допомогою звукових або сейсмічних сигналів.
Якщо вченим зрештою вдасться розробити надійні способи виявлення цих передвісників, висновки можуть мати практичне застосування.
«Якщо нам це вдасться, ми зможемо продовжити термін служби матеріалів або, у випадку землетрусів, можливо, надати раннє попередження про їх початок», — сказав Файнберг TPS-IL.
Дослідження було опубліковано в рецензованому журналі Physical Review Letters.
