A bányászatban és az űrkutatásban is hasznosítható az az anyagtudományi összefüggés, melyet a Debreceni Egyetem és a BME kutatói fedeztek fel.
Van-e összefüggés a törmelék mérete és alakja között, ha összetörünk egy tányért vagy felrobbantunk egy sziklát? Erre a kérdésre keresték a választ a Debreceni Egyetem és a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem kutatói. A két intézmény szakemberei korábban is foglalkoztak már a fragmentáció mechanikájával, két évvel ezelőtt pedig közös kutatásba fogtak, hogy megállapítsák: van-e valamilyen törvényszerűség a törés során keletkező darabok alakjában.
– Fragmentációnak nevezzük azt a folyamatot, amikor egy szilárd testet darabokra törünk, s ez a darabok jelentős méretcsökkenésével jár. Ennek egyik formája, hogy rövid idő alatt nagyon sok energiát közlünk egy anyaggal – például a földhöz vágunk egy tányért, felrobbantunk vagy ütköztetünk tárgyakat. A másik módja, hogy folyamatosan kisebb darabokat törünk le róla, ez történik például a folyóban sodródó kövekkel – magyarázza Kun Ferenc, a Debreceni Egyetem Természettudományi és Technológiai Kar Elméleti Fizikai Tanszékének tanára.
Azt már a XX. század eleje óta tudják a kutatók, hogy a rideg anyagok (amelyek szobahőmérsékleten csak kisebb deformációra képesek – kőzetek, ércek, beton, porcelán, kerámia) széttörése során keletkező darabok tömegeloszlását hatványfüggvény írja le, aminek a kitevője univerzális. Ez azt jelenti, hogy a létrejövő törmelékdaraboknál nagyjából előre megjósolható, hogy a különböző nagyságúakból mennyi keletkezik.
– Ez létfontosságú a bányászatban, hiszen a szén és az ércek kitermelésénél nem mindegy, hogy mekkora méretű darabok jönnek létre, mivel a túl nagy és a túl kicsi is veszélyes lehet, illetve a megrendelő igényeihez kell igazítani a darabokat. Az űrkutatásban is fontos ismerni ezeknek a folyamatoknak a törvényszerűségeit, hiszen azok a kisbolygók és meteoritok, amelyeket most észlelünk, azok az évek során, hosszú fragmentáció eredményeként jöttek létre – hangsúlyozza Kun Ferenc.
A debreceni és fővárosi kutatók egy Veszprém melletti kőbányában végeztek robbantásokat, valamint két magyarországi és két görögországi sziklafalnál tanulmányozták a lehulló köveket. Azt vizsgálták, hogy milyen összefüggés van a kődarabok alakja és mérete között. Az elvégzett elméleti számítások és mérések alátámasztották a tudósok felvetését, miszerint van kapcsolat a két jellemző között.
– Van egy küszöbméret, ami alatt a darabok gömbszerűek, nincs kitüntetett irányuk – ez a méret függ a fragmentáció típusától, hogy gyors vagy lassú. A darabok méretének növelésével alakjuk egyre elnyúltabbá válik, de egy bizonyos méret felett már nem változik az elnyúlás mértéke. A méret növekedésével tehát minden darab egy univerzális elnyúlt alakhoz konvergál, ami nem függ a fragmentáció típusától – hangsúlyozza Kun Ferenc.
A kutatás eredményét a Nature Scientific Reportsban publikálták a kutatók, akik a következő lépésben a folyómederben sodródó kövek törését fogják tanulmányozni. Ehhez egy realisztikus számítógépes szimulációs eljárást fejlesztettek, amivel jobban tudják modellezni a folyómederben történteket.
