ژله و ماسه چه مشترکاتی دارند؟

به گزارش سیناپرس، یافته‌ های محققان نشانه های مهمی را از بی‌ ثباتی تحت گرانش، همانطور که در بهمن، رانش زمین، و فرآیند های حمل‌ و نقل صنعتی مشاهده می ‌شود، ارائه می ‌کند.

به گفته پژوهشگران، ماسه و ژله ممکن است خیلی شبیه هم نباشند. اما وقتی روی خواص فیزیکی آنها تمرکز می کنیم، همه چیز تغییر می کند. ماسه از میلیاردها دانه ماده جامد تشکیل شده که می تواند مانند مایع سرازیر شده ولی لوله ها را مانند یک جامد مسدود کند.

مواد ژله ای مانند محلول های ژلاتینی هنگامی که به طور ناگهانی سرد می شوند، خواص جامد مانند پیدا می کنند. با نگاهی به جزئیات میکروسکوپی، می ‌بینیم که استحکام ژل‌ها توسط شبکه‌ هایی از پلیمر یا پروتئین که از یک ماده متقاطع می ‌شوند، پشتیبانی می ‌شود.

این اتفاق شبیه به این است که چگونه زنجیره‌ های نیرو و شبکه ‌ای از دانه ‌ها که روی یکدیگر فشار می ‌آورند، باعث ایجاد حالت جامد ظاهری شن می ‌شوند. این پیوند شگفت انگیز رفتار جامد و مایع دلیل بسیاری از پدیده های طبیعی مانند بهمن و رانش زمین را تشکیل می دهد که هنوز به خوبی درک نشده است.

در این راستا دکتر کازویا کوبایاشی (Kazuya Kobayashi) و پروفسور ری کوریتا (Rei Kurita) از دانشگاه متروپولیتن توکیو مستقیماً ژل ‌های فیزیکی و بسترهای شن را در حین سیال شدن مقایسه کردند.

پژوهشگران سیال شدن بسترهای نازک ماسه و محلول های ژلاتین را با استفاده از دوربین های سرعت بالا مشاهده کردند. برای ماسه، بسترهای از پیش ساخته شده دانه ها در هوا یا آب معکوس شد. به گزارش سیناپرس، برای ژلاتین دو لایه با غلظت های مختلف ژلاتین یکی روی دیگری تهیه شد. غلظت‌ ها به گونه‌ ای انتخاب شدند که ابتدا لایه زیرین کاملاً سیال شود. همانطور که مواد از زیر گرم می شوند، لایه بالایی بی ثبات شده و شروع به سقوط می کند.

در هر دو سیستم، تیم تحقیقاتی ناپایداری ‌های کوچکی را پیدا کرد که مقادیر نازک مواد یا هوا یا آب به زیر لایه دیگر می رود، درست مانند قطرات باران که از پنجره سقوط می کنند. با گذشت زمان، شکاف های جدیدی در بین مقادیر موجود ظاهر شده و رابط بین قسمت‌های مایع و جامد مانند کاهش می ‌یابد.

با استفاده از یک تکنیک تصویربرداری ویژه، این تیم پژوهشی قادر به شناسایی یک منطقه رابط سیال در بالای جایی که شکاف ها ایجاد می شوند، شدند. ضخامت این ناحیه به شدت با پارامترهای کلیدی مانند سرعت عقب و جلو رفتن و فاصله مرتبط است. به گزارش سیناپرس، این نوع رابطه، رابطه مقیاس‌ سازی نامیده می ‌شود و در فیزیک برای اتصال پدیده‌هایی که ممکن است در ابتدا متفاوت به نظر برسند، اما از طریق مکانیسم‌ هایشان در سطح عمیق ‌تری مرتبط هستند، مهم است. 

به گزارش سیناپرس، از طریق آزمایش ‌های گسترده، کار این تیم تحقیقاتی بینش‌های ارزشمندی را در مورد چگونگی بی ‌ثبات شدن مواد و ژل‌های دانه ‌ای تحت گرانش، با پیامدهایی برای پدیده‌های سیال در طبیعت و طراحی سیستم‌های انتقال مواد دانه‌ ای در مقیاس‌ های صنعتی، ارائه می ‌دهد.

شرح کامل این پژوهش و یافته های آن در آخرین شماره مجله تخصصی Scientific Reports منتشر شده است.

مترجم: کاظم فلاحی پناه

No tags for this post.