Forklarer risting av korn


Bilde: F. ROUYER / University of Massachusetts Hvordan granulert materiale oppfører seg - skifter og siver og glir rundt i miniatyrskredder - kan ikke virke som det mest fascinerende emnet, men det er av vital betydning i den virkelige verden: forståelse av slike mekanikker hjelper fysikere til å modellere hvordan korn beveger sig i siloer, hvordan jordene kollapser i jordskjelv, og hvordan visse materialer og matvarer blander seg. O

Bilde: F. ROUYER / University of Massachusetts

Hvordan granulert materiale oppfører seg - skifter og siver og glir rundt i miniatyrskredder - kan ikke virke som det mest fascinerende emnet, men det er av vital betydning i den virkelige verden: forståelse av slike mekanikker hjelper fysikere til å modellere hvordan korn beveger sig i siloer, hvordan jordene kollapser i jordskjelv, og hvordan visse materialer og matvarer blander seg. Og forskere fra University of Massachusetts i Amherst har nå kommet fram med en elegant måte å beskrive korn som blir rystet, og tegner en direkte analogi med den århundredgamle kinetiske teorien om gasser. Narayanan Menon og Florence Rouyer beskrive sitt arbeid i 23. oktober utgaven av Fysiske gjennomgangstavlene .

I en ideell gass er de enkelte molekyler i likevekt med deres omgivelser; når man treffer veggen av beholderen, byttes energi ut. Som et resultat er det mulig ved hjelp av kinetisk teori å utlede, bare basert på gassens gjennomsnittlige temeratur, en fordeling av alle molekylernes hastigheter. Fordi korn som blir rystet ikke er i likevekt - absorberer de energi i form av varme ved hjelp av interpartikkelkollisjoner forårsaket av risting - det var ikke klart at en kinetisk type teori kunne gjelde, forklarte Menon.

Likevel måler han og Rouyer hastighetene til stålperler, 1, 6 millimeter i diameter, i et lukket rom ristet vertikalt med hastigheter opptil 1, 8 meter per sekund. Et høyhastighets videokamera fanget bevegelsene (vist ovenfor) over en periode på 5, 5 millisekunder. De fant at sannsynligheten for de horisontale hastighetene falt pent inn i en klokkeformet fordeling - ikke identisk med, men ikke ulikt Gaussisk kurve av kinetikkteori. Denne fordeling forblir den samme da de endret hastigheten og mengden risting, partikeldensiteten og beholderens form. Men bredden varierte med gjennomsnittshastigheten til en partikkel - den granulære ekvivalenten av temperatur i gasser. Det er et foreløpig resultat for øyeblikket, men bare kanskje en grunnleggende teori om korn er i ferd med å gjøre.