Tanecikli malzemelerin birleştirici teorisi için yeni kanıtlar

Tanecikli malzemelerin birleştirici teorisi için yeni kanıtlar
Yazıyı beğendiyseniz lütfen Paylaşın


Kum saatinden akan kum veya çalkalayıcıdan akan tuz gibi granüler malzemelerin dinamiklerini anlamak, fizikte çözülmemiş önemli bir sorundur. Yeni bir makale, kayıt boyutundaki “sarsıntılı” olayların, heyecanlı bir durumdan rahat bir duruma geçerken taneli bir malzemenin dinamiklerini nasıl etkilediğine dair bir model açıklıyor ve bu davranışın altında birleştirici bir teorinin yattığına dair kanıtlara ekliyor.

Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı (PNAS) Emory teorik fizikçisi Stefan Boettcher ve Imperial College of London Yer Bilimi ve Mühendislik Bölümü’nde tanecikli maddenin istatistiksel mekaniğini modellemede uzman olan Paula Gago’nun çalışmasını yayınladı.

Emory Fizik Bölümü profesörü ve başkanı Boettcher, “Çalışmamız, tanecikli malzemelerin davranışını tek tip bir şekilde tanımlamaya yönelik bir başka küçük adımı işaret ediyor” diyor.

“Tanecikli malzemelerin tam olarak anlaşılması, çeşitli sektörler üzerinde büyük bir etkiye sahip olabilir” diye ekliyor. “Sadece birkaç örnek vermek gerekirse, hap yapmak için granüllerin peletler halinde sıkıştırılması, tarımda tahılların işlenmesi ve inşaat mühendisliğiyle ilgili her türlü jeofizik maddenin davranışını tahmin etmekle ilgilidir.”

Tanecikli malzemeler, genellikle denge durumundan uzak bir durumda bulunan düzensiz sistemlerdir. Örnekler, kum, pirinç ve kahve telvesinden bilyeli yataklara kadar her şeyi içerir.

Boettcher, “Katılardan, sıvılardan ve gazlardan farklı davrandıkları için bunlar maddenin” tuhaf topları “dır.

Örneğin suyun fazları, belirli sıcaklıklara bağlı olarak sıvı, katı veya gaz olarak kolayca tanımlanabilirken, denge dışı sistemlerin termodinamiği iyi tanımlanmamıştır. Büyük bir komplikasyon, çoğu zerre şekilli malzemedeki bireysel parçacıkların farklı, farklı özelliklere sahip olması ve birbirlerine sürtünme kuvvetleri uygulamaları gerçeğidir. Ve sıcaklıktaki değişiklikler içlerinde önemli bir hareket oluşturmaz. Yerçekimi, bir parçacık sistemindeki farklı katmanların yoğunluğunu etkilediği için tanecikli malzemelerin davranışını daha da karmaşık hale getirir.

Taşıyıcılar ve çalkalayıcılar: Birleştirici granüler malzeme teorisi için yeni kanıtlar
Kredi: Emory Üniversitesi

1997’de araştırmacılar, “Chicago yığını” olarak bilinen bir dizi deney için granüler malzemeleri kontrol edilebilir bir şekilde sallamanın bir yolunu geliştirdiler. Bir cam beherini mikron boyutlu cam boncuklarla doldurdular ve malzemeyi belirli bir genlikle yukarı doğru “vurdular”. Daha sonra, muslukların gücünün bir fonksiyonu olarak beherdeki malzemenin ortaya çıkan yoğunluğunu veya sistemden atılan enerjiyi ölçebildiler.

Boettcher ve çalışma arkadaşı, bilgisayar simülasyonlarının analizi yoluyla granüler bir yığının sıkıştırma dinamiklerini moleküler düzeyde anlamak istedi. Model aramak için granüler bir yığının yoğunluğunu hem heyecanlı hem de gevşemiş durumda karşılaştırmakla özellikle ilgilendiler.

Chicago yığın deneylerinden esinlenen araştırmacılar, 2.4 santimetre çapında dikey bir silindirde bulunan 1 ila 1.02 mikrometre çapında 60.000 küreye dayalı bilgisayar simülasyonları yaptılar. Silindire, hassas genliklere ayarlanmış enerji darbeleri ile vurulur. Teknoloji, araştırmacıların, her bir parçacığın dokunduğu komşu parçacıkların değişen sayısını izleyerek yığın yoğunluğunu yerel ve küresel olarak ölçmelerine olanak tanır.

Simülasyonlar, bir dizi vuruş tam olarak aynı güçte olduğunda, yığının yoğunluğunun daha yavaş veya logaritmik olarak arttığını gösterdi. Musluklar zamanla devam ettikçe, yığın yoğunluğunu arttırmak için tanelerin düzeninde daha büyük, rekor boyutta kaymalar gerekir. Bu kayıt boyutundaki dalgalanmaların elde edilmesi giderek daha zor hale geliyor ve yoğunluktaki yavaş kazanımları açıklıyor.

Boettcher, “Onu gevşek kumla dolu bir beher gibi düşünebilirsiniz,” diye açıklıyor. “İlk başta, taneler arasında büyük delikler var. Yani başlangıçta, bir tahılın boş bir alana düşerek pozisyon değiştirmesi kolaydır. Ancak bu boşluklar küçülmeye başladıkça, bir tanenin içinden düşme olasılığı azalır. Musluklar devam ederken, daha fazla sıkıştırma için gerekli olan alanı yaratmak için giderek daha fazla işbirliğine dayalı olaylar gerekiyor. ”

Önceki araştırmalar, cam ve birçok polimer gibi bir sıvıdan katı bir duruma geçerken sıralı kristaller oluşturmayan amorf katıların davranışı için benzer bir istatistiksel model göstermiştir.

Boettcher, “Bu, bu modelin dengede olmayan malzemeleri tanımlamanın sistematik bir yolunu bulmanın bulmacasının bir parçası olabileceğini gösteriyor” diyor.

Araştırmacılar şimdi, muslukların kinetik enerjisinin, klasik fizikteki malzemeleri tanımlamak için kullanılan sıcaklığa eşdeğer olup olmadığı sorusuna daha derinlemesine dalıyorlar.


Cam moleküller sıkıştıklarında kum gibi davranabilir, araştırma bulguları


Kaynak

admin

admin

Talebemektebi bir sevdanın hikayesi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Translate »