📄 معروضة نسخة «بسيط» — «متقدم» غير جاهزة بعد. أضفه إلى المفضّلة للمساعدة في تسريعها. اطلب التحليل الكامل

شق رفيع يجري عبر الزجاج. للوهلة الأولى، يعكس خط الكسر ببساطة هشاشة المادة. لكن إذا نظرنا إلى المستوى الذري، تصبح الصورة أكثر تعقيدًا: يبدأ الزجاج في المقاومة بشكل مختلف عندما يتسارع الشق.

باستخدام نموذج حاسوبي يحاكي سلوك كل ذرة في الزجاج الكوارتزي، تتبع الباحثون كيف تتغير طاقة الكسر (الشغل اللازم لكسر الروابط وإنشاء سطح جديد). اتضح أنه عند السرعات الأقل من عتبة التفرع — اللحظة التي يتشعب فيها الشق إلى عدة أذرع — يمكن أن تقفز هذه الطاقة بنسبة 33%. كان يُعتقد سابقًا أن زيادة الطاقة مرتبطة فقط بأن الكسر يصبح خشنًا وتزداد مساحته الفعلية. لكن النموذج أظهر أن حوالي نصف الزيادة ناتج عن أن السطح نفسه يصبح مختلفًا على المستوى النانوي — حيث تعيد الذرات ترتيب نفسها بحيث يصبح كسر روابطها أصعب.

هذه النتيجة تعني أن طاقة الكسر ليست ثابتًا جدوليًا مثل درجة الانصهار. إنها تعتمد على كيفية كسر المادة بالضبط. بالنسبة للمهندسين، هذا تلميح: للتنبؤ بدقة أكبر بمتى وكيف سينكسر جزء زجاجي، يجب مراعاة ليس فقط الشقوق الدقيقة، ولكن أيضًا سرعة نموها. وبالنسبة لفيزياء المواد الصلبة، فهي خطوة أخرى نحو فهم كيف يتحكم الاضطراب على المستوى الذري في القوة العيانية.

الشق الذي بدا في البداية مجرد خط ضعف، يكشف في الواقع عن حياة معقدة للذرات. بتسارعه، يجبر الزجاج على إعادة الترتيب — ويصبح أقوى مباشرة على مسار الكسر.

الملخص الأصلي

كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2605.03457

The fracture energy of brittle materials rises with crack velocity, and this effect is typically attributed to surface roughening from path instabilities. Here we show, using molecular dynamics simulations of silica glass with a first-principles machine learned interatomic potential, that the structural fracture energy rises by up to 33 % already below the branching threshold, showing that fracture energy is not a constant material property. This rise in fracture energy is roughly equally partitioned between an increase in the intrinsic surface energy density and nanoscale roughening that increases the real fracture surface area. Results demonstrate that dynamic fracture in silica glass increases the fracture energy not merely by creating more apparent surface, but also by creating a fundamentally different surface at the nanoscale.