A Remegő Szemek Magyarázata

Kép: F. ROUYER / Massachusettsi Egyetem

A szemcsés anyag viselkedése - eltolódás, szitálás és csúszás a miniatűr lavinákban - nem tűnhet a legizgalmasabb témának, de létfontosságú a valós világban: az ilyen mechanika megértése segít a fizikusoknak modellezni, hogyan mozognak a szemek a silókban, hogyan a talaj összeomlik a földrengésekben, és hogyan keverednek egyes anyagok és élelmiszerek. Az amhersti Massachusettsi Egyetem kutatói pedig most elegáns módon álltak elő a megrendült szemek leírására, közvetlen analógiát véve a gázok évszázados kinetikai elméletéhez. Narayanan Menon és Florence Rouyer leírják munkájukat a Physical Review Letters október 23-i számában.

Ideális gázban az egyes molekulák egyensúlyban vannak a környezetükkel; amikor az egyik a tartály falához ütközik, energiacsere történik. Ennek eredményeként kinetikai elmélettel lehet levezetni, csak a gáz átlagos hőmérsékletén alapulva, a molekulák összes sebességének eloszlását. Mivel a megrázott szemcsék nincsenek egyensúlyban - az energiát hő formájában szívják fel a rázás okozta részecskék közötti ütközések révén - nem volt világos, hogy kinetikus típusú elmélet alkalmazható - magyarázta Menon.

Ennek ellenére Rouyerrel 1,6 milliméter átmérőjű acélgyöngyök sebességét függőlegesen 1,8 m / s sebességgel megrázott zárt térben mérték. Egy nagy sebességű videokamera 5,5 milliszekundum alatt rögzítette a mozgásokat (a fent látható). Megállapították, hogy a vízszintes sebességek valószínűsége csengő alakú eloszlásba esett - nem azonos, de nem ellentétes a kinetikai elmélet Gauss-görbéjével. Ez az eloszlás ugyanaz maradt, amikor megváltoztatták a rázás sebességét és mennyiségét, a részecskék sűrűségét és a tartály alakját. Szélessége azonban egy részecske átlagos sebességével változott - a hőmérséklet szemcsés egyenértéke gázokban. Jelenleg előzetes eredmény, de talán éppen a gabonák alapvető elmélete készül.