Фотографії тріщин

Десять років тому у нас в місті була «барахолка». Там можна було купити всякі непотрібні, але цікаві речі. Одного разу ми там виявили більярдні кулі, фотографія яких наведена на полях. Майже всі кулі були зіпсовані — вкриті тріщинами. Продавець розповів, що він залишив їх на дачі і від холоду вони розтріскалися. Нас здивував малюнок, що виник на кулях: майже всі тріщини зустрічалися один з одним під кутами, близькими до 90 °.

Чому з’явилися тріщини і чому вони воліють зустрічатися під прямими кутами?

Ми думаємо, що з кулями сталося ось що. Одного разу на дачі раптово похолодало. Верхній шар кулі охолодився швидше, ніж його внутрішня частина. При охолодженні поверхня кулі стискається, тоді як внутрішня частина кулі, яка не охолодилася, прагне зберегти початковий розмір. Внутрішня частина кулі (тепла) розтягує зовнішню (холодну), зовнішня ж стискає внутрішню. Якщо перепад температур виявився досить великим, то напруження, що виникають, виявляються достатніми, щоб зовнішній шар тріснув. Матеріал кулі поблизу тріщини розходиться в різні боки, і його розтягнення в напрямку, перпендикулярному тріщині, зменшується.

Ріс. 1

Разом з тим розтягнення зовнішнього шару в напрямку тріщини збережеться до тих пір, поки не з’явиться ще одна тріщина, перпендикулярна першою. Якщо намалювати на поверхні охолодженої кулі дрібну сітку (рис. 1а), то довжини сторін квадратиків після розтягнення збільшаться (рис. 1б). При появі першої тріщини розтягнення в перпендикулярному їй напрямку зникне, тобто довжина однієї сторони намальованого квадратика повернеться до початкової величини. Квадратна сітка стане прямокутною (рис. 1в.). Тріщина другого покоління знімає решту напруги, а сітка ліворуч або праворуч від першої тріщини повертається до вихідного розміру (рис. 1г). Тріщини другого покоління ліворуч і праворуч від першої можуть виникати в різних місцях, залежно від того, де більш слабке місце розтягнутого шару.

На цій фотографії більярдної кулі номерами позначені тріщини різних поколінь

Таким чином, ми зрозуміли, чому тріщини на кулі сходяться під кутом 90 °. Зауважимо, що тріщина 2, яка «вливається» в тріщину 1, утворилася пізніше. Можна сказати, що вони належать різним поколінням. Це твердження дозволяє нам відновити порядок появи тріщин.

Така сама поведінка тріщин спостерігається не тільки на більярдних кулях. Подивимося на такі фотографії.

Ось фотографія висохлої землі зораного поля. Перед тим як земля висохла, йшли рясні дощі. Суха земля займає менший об’єм, ніж волога, тому при висиханні верхня частина землі покривається тріщинами. Про історію освіти тріщин і тут щось можна розповісти.

На наступних фотографіях міцний чай у чашці, який цілу ніч очікував, коли його вип’ють. При остиганні на поверхні чаю виникає тонка масляниста плівка. Ми вважаємо, що плівка прилипає до сухої поверхні чашки. При випаровуванні чая частина плівки опиняється на стінках чашки, і плівка на поверхні рідини виявляється розтягнутою в усі боки і тріскається.

А ось тріщини на вікнах швидкісного поїзда «Сапсан». Вздовж траси Москва — Петербург ще трапляються племена дикунів, які кидають у поїзди камінням. Зверніть увагу, що тріщини на склі зустрічаються під кутами, близькими до 90 °! (Якщо кут між якимись тріщинами здається далеким від 90 °, придивіться до самого місця їх злиття: зазвичай на стику він близький до 90 °).

На фрагменті фотографії ми позначили можливий порядок виникнення тріщин на склі.

Скло сусіднього вагона вкрилося дрібнішими тріщинами. Бажаючі можуть самостійно розшифрувати порядок їх появи і навіть запропонувати можливе місце удару каменем.

Ріс. 2

Досі ми припускали, що тріщини поширюються дуже швидко і почергово. Це припущення дозволяло нам визначати покоління тріщин. Але бувають випадки, коли тріщини ростуть повільно. Спробуємо пофантазувати, як закінчується зростання тріщини. Вона може впертися в іншу, вже існуючу тріщину. Можливий також варіант, коли тріщина вирішить проблему зростання самостійно (рис. 2а). Дві або три зростаючі тріщини можуть допомогти один одному закінчити своє зростання так, як показано на малюнках 2б і 2в. У цьому випадку визначити покоління кожної тріщини неможливо.

На наступній фотографії — двері в теоретичному відділі одного академічного інституту. Вона була пофарбована 40 років тому і з часом покрилася чудовими тріщинами, зафарбовувати які тепер шкода. Тріщини фарби на дверях з кожним роком стають все більш розгалуженими і вишуканими. Зверніть увагу, що більшість тріщин на дверях зустрічаються під кутами, близькими до 90 °. Нам вдалося знайти на фотографії кілька фрагментів, де дві або три тріщини припиняють рости так, як зображено на малюнках 2б і 2в. Спробуйте і ви їх знайти. Два приклади знайдених нами таких фрагментів ми позначили на фотографії точками. Реалізації сценарію з малюнка 2а на цій фотографії нам виявити не вдалося.

Потріскалися більярдна куля і суха земля заронили в нас надію знайти схожі тріщини на кулі більшого діаметру — на планеті Земля. Ми розглядали фотографії, зроблені із супутника, в картах Google. Тріщин описуваного типу на земній поверхні ми не знайшли. А ось тріщини на крижаних полях видно чудово! Щоб вони були видні, лід повинен бути вільний від снігового покриву. Нам вдалося знайти фотографії високогірних озер Тибету. Мабуть, опади в цих місцях рідкісні, і лід на озерах часто не покритий снігом. Ось фотографії одного з таких озер видали і більш великим планом. Характерна відстань між тріщинами на льоду — 10-20 метрів.

Внизу ліворуч: на цій ділянці крижаного поля снігу немає. Внизу праворуч: а так виглядають тріщини на льоду на сусідньому високогірному озері. На цьому озері лежить шар снігу, але тріщини все одно можна розгледіти

Кажуть, що існують такі об’єкти, тріщини в яких зустрічаються трійками, з кутами, близькими до 120 °. Будемо раді фотографіям з незвичайними і ефектними тріщинами.

Художник Максим Калякін