Ново явление във физиката? Инженери показват мехурчета в пясък

Учени откриха, че когато се смесват два различни вида гранулирани вещества - например пясък - с различни плътности, в тях се образуват мехурчета, като при течностите, съобщава Science Daily.

Едно скорошно откритие, направено от Крис Бойс (Chris Boyce) от Columbia Engineering, обяснява ново семейство на гравитационни нестабилности в гранулирани частици с различна плътност, задвижвани от газообразуващ механизъм, който не се наблюдава при течности. Проучването е описано в статия в списание Proceedings of the National Academy of Sciences.

Екипът на Бойс наблюдава неочакваната нестабилност, подобна на нестабилността на Рейли-Тейлър (Rayleigh–Taylor instability), при която по-леките частици се издигат над по-тежките под формата на "пръсти" или "гранулирани мехурчета". Нестабилността на Рейли-Тейлър, получена от взаимодействията на две течности с различна плътност, които не могат да се смесват (например вода и масло) поради факта, че по-леката течност отблъсква по-тежката, не е наблюдавана между два гранулирани материала.

Това изследване е първото, в което е показано образуването и издигането на „мехурчета“ от по-лек пясък през по-тежкия пясък, когато и двата вида са били подложени на вертикални вибрации и възходящ газов поток. Това напомня малко на мехурчетата, които се издигат и падат в лава-лампите. Екипът установи, че точно както въздушните мехурчета се издигат във водата, защото са по-леки и не се смесват с нея, леките мехурчета от пясък се издигат през по-тежките, макар и двата вида вещества да се смесват добре.

Екипът на Бойс използва експериментални модели и компютърни симулации, за да покаже, че газът, преминаващ през по-леките частици, предизвиква образуването на пръстообразни и мехурчести модели. Преминаването на газа се дължи на факта, че клъстерите от по-леки и по-големи частици имат по-висока пропускливост за газовите потоци, отколкото тежките и по-малките. Тази нестабилност в гранулираните материали се дължи на противодействието между възходящата сила на изтласкване, локалното увеличения на газа и низходящите сили на триене и кохезия - този механизъм е напълно различен от наблюдавания при течности.

Учените откриват, че този механизъм формира и други гравитационни нестабилности, включително каскадно разклоняване на низходящи гранулирани капчици. Те също така демонстрират, че нестабилността може да възникне при голямо разнообразие от газови потоци и условия на вибрация, образувайки различни структури при различни условия на експеримента.

В момента Бойс изучава други структурирани явления при пясъчните частици, които напомнят тези при течностите. Той също така обсъжда с геолози и вулканолози възможността за изследване как този и подобни процеси могат да се осъществят в естествени условия.

_{Демонстрация на нестабилността на Рейли-Тейлър}

Още по темата

22/04/2019

Космос

НАСА избира 18 футуристични космически мисии

10/04/2019

Земята

Ето защо смъртоносните пирокластични потоци от вулканите са толкова бързи (видео)

09/08/2018

Физика

Един феномен, занимавал да Винчи, може би най-сетне е обяснен

02/05/2015

Земята

Ехото на земетресенията