新发现显示拉伸裂纹的运动速度可接近音速

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耶路撒冷希伯来大学拉卡物理研究所（Racah Institute of Physics at the Hebrew University of Jerusalem）的科学家们公布的研究结果对断裂力学的传统观念提出了质疑。由王猛博士、史松林博士和杰伊-费恩伯格教授领导的研究小组通过实验证明了"超剪切"拉伸裂纹的存在，这种裂纹超越了既定的经典速度极限，接近超音速。

以一半音速运动的经典裂纹。资料来源：希伯来大学王萌

传统上，人们观察到脆性材料是通过裂纹的快速扩展而失效的。经典断裂力学描述了拉伸裂纹的运动，这些裂纹在其顶端的局部区域内释放弹性能量，将其速度限制在瑞利波速度（CR）。然而，希伯来大学研究人员最近的研究结果表明，这种理解发生了范式转变。

研究小组在实验中使用了脆性新胡克干材料，发现了"超剪切"拉伸裂纹的出现，这种裂纹会顺利加速，超过经典的雷利波速度极限。令人惊讶的是，这些裂纹的速度也超过了剪切波速度（cS）。在某些情况下，这些超剪切裂纹的速度接近扩张波的速度，呈现出经典断裂力学以前未观察到的现象。

超音速裂缝产生的冲击波--类似于音爆。资料来源：希伯来大学王萌

这一发现最引人注目的一点是，超剪切动力学所遵循的原理与指导经典裂缝的原理不同。这种非经典的拉伸断裂模式并不是随机发生的；相反，它是在临界应变水平上被激发的，而临界应变水平取决于材料特性。

"这一发现标志着我们对脆性材料断裂过程的理解发生了根本性转变，"该研究的通讯作者 Jay Fineberg 教授评论说。"通过证明超剪切拉伸裂纹的存在及其超越传统速度极限的能力，我们为研究断裂力学及其应用开辟了新的途径。"

希伯来大学实验室产生超音速实验室震动的实验系统。资料来源：希伯来大学王萌

这项研究的意义超出了物理学的范畴。通过证明拉伸裂缝可以超越其经典速度极限，研究人员为重新理解断裂力学铺平了道路。

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