Продемонстрировано образование пузырей из песка — Naked Science
23 апреля
5 минут
Редакция

Продемонстрировано образование пузырей из песка

Ученые обнаружили, что при смешивании двух разных типов зернистых веществ — например, песка — при разных плотностях в них образуются пузыри, как в жидкостях.

these-are-bubbles-made-of-sand-8211-gizmodo1

Недавнее открытие, сделанное Крисом Бойсом из Columbia Engineering, объясняет новое семейство гравитационных нестабильностей в гранулированных частицах разных плотностей, движимых газообразующим механизмом, не наблюдаемым в жидкостях. Исследование описано в статье журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.

 

Команда Бойса наблюдала неожиданную неустойчивость, похожую на неустойчивость Рэлея — Тейлора, в которой более легкие частицы поднимаются над более тяжелыми в форме «пальцев», или «гранулированных пузырей». Неустойчивости Рэлея — Тейлора, производимые взаимодействиями двух жидкостей разных плотностей, которые не могут смешаться (например, вода и масло) из-за того, что более легкая жидкость отталкивает более тяжелую, ранее не наблюдались между двумя зернистыми материалами.

 

Это исследование — первое, в котором показано формирование и поднятие «пузырей» более легкого песка через более тяжелый, когда оба типа подверглись вертикальной вибрации и восходящему потоку газа. Это чем-то напоминает пузыри, поднимающиеся и опускающиеся в лава-лампах. Команда обнаружила, что, подобно тому, как пузыри воздуха поднимаются в воде из-за того, что они легче и не смешиваются с ней, пузыри легкого песка поднимаются через более тяжелый, даже если оба типа вещества вполне могут смешиваться.

 

Образование «пузыря» более легкого песка (синий) в более тяжелом (белый) / © Alex Penn/ETH Zurich

 

Группа Бойса использовала экспериментальное и вычислительное моделирование, чтобы показать, что газ, проходящий через более легкие частицы, инициирует образование пальцеобразных и пузыреобразных паттернов. Прохождение газа происходит из-за того, что у скоплений более легких и крупных частиц более высокая проходимость для потоков газа, чем у тяжелых и мелких. Такая неустойчивость в зернистых материалах происходит из-за противодействия между восходящей силой сопротивления, локально повышенной газом, и нисходящими контактными силами: этот механизм совсем иной, чем тот, что наблюдается в жидкостях.

 

Ученые обнаружили, что этот механизм образует и другие гравитационные неустойчивости, включая каскадное ветвление нисходящих зернистых капель. Они также продемонстрировали, что неустойчивость может происходить при большом разнообразии условий газовых потоков и вибраций, образуя различные структуры при разных условиях воздействия.

 

Сейчас Бойс изучает другие жидкоподобные и структурированные феномены в частицах песка. Он также обсуждает с геологами и вулканологами возможность исследования того, как этот и подобные ему процессы могут проходить в естественных условиях.

Позавчера, 15:29
39 минут
Александр Березин

В 2017 году от рака умерло 9,6 миллиона человек, и с каждым годом эта цифра будет расти. Есть ли способы остановить наступление этой болезни на человеческие жизни?

Позавчера, 17:47
2 минуты
Илья Ведмеденко

По мнению информаторов Центрального разведывательного управления США, СССР мог располагать огромным танком массой в 120 тонн.

Вчера, 20:14
7 минут
Полина Гершберг

Клеточные линии человека с «лицом эльфа» помогли ученым подтвердить, что древние люди одомашнили сами себя.

Позавчера, 15:29
39 минут
Александр Березин

В 2017 году от рака умерло 9,6 миллиона человек, и с каждым годом эта цифра будет расти. Есть ли способы остановить наступление этой болезни на человеческие жизни?

Позавчера, 17:47
2 минуты
Илья Ведмеденко

По мнению информаторов Центрального разведывательного управления США, СССР мог располагать огромным танком массой в 120 тонн.

2 декабря
5 минут
Сергей Васильев

Царские портреты и генеалогия династии Габсбургов позволили подтвердить связь между аномалиями нижней части лица и практикой браков между близкими родственниками.

15 ноября
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

18 ноября
4 минуты
Сергей Васильев

Накопление эпигенетических модификаций ДНК позволило провести параллели между возрастом собак и людей и найти новую формулу для пересчета одного в другой.

19 ноября
40 минут
Александр Березин

Женщины заводят ребенка не от мужа тем чаще, чем ниже его социальная ценность. Попробуем разобраться, как биология подталкивает их к изменам и почему моногамия имеет все шансы на реванш.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: