Las cadenas de fuerza estallan cuando un "intruso" es sacado de debajo de una pila de discos circulares, que están diseñados para simular un material granular. Todo el proceso toma menos de un segundo. Crédito:Yue Zhang, Universidad de Duke
Puedes caminar fácilmente por la arena de una playa. Pero entra en una piscina de bolas y lo más probable es que te caigas.
Los pozos de arena y bolas son materiales granulares, o materiales que están hechos de colecciones de partículas o granos mucho más pequeños. Dependiendo de su densidad y cuánta fuerza experimenten, Los materiales granulares a veces se comportan como líquidos, algo a través del cual se cae, y en ocasiones se "atascan" en sólidos. convirtiéndolos en algo en lo que puedas pararte.
"En algunos casos, estas pequeñas partículas han descubierto cómo formar estructuras sólidas, "dijo Robert P. Behringer, Profesor de Física James B. Duke. "Entonces, ¿por qué no siempre se lanzan a chorros de lado y relajan todo el estrés?"
Los físicos aún no comprenden exactamente cuándo y cómo se produce la interferencia, pero el equipo de Behringer en Duke está en el caso. El grupo aplasta, se estira golpes, y extrae materiales granulares para tener una mejor idea de cómo y por qué se comportan como lo hacen. El equipo presentó recientemente la friolera de 10 artículos en la Conferencia de Polvos y Granos de 2017, que ocurrió del 3 al 7 de julio, 2017 en Montpellier, Francia.
Muchos de estos estudios utilizan una de las técnicas favoritas del laboratorio, que consiste en crear materiales granulares a partir de pequeños discos transparentes de entre media pulgada y una pulgada de diámetro. Estos discos están hechos de un material que, gracias a la forma especial en que interactúa con la luz, cambia de color cuando se aplasta. Este efecto permite al equipo observar cómo cambia la tensión dentro del material a medida que se aplican diversas fuerzas.
Mientras las ruedas giran La tensión de cizallamiento entre los discos crea una densa red de fuerzas entre partículas. Crédito:Yiqiu Zhao, Universidad de Duke
En un experimento, El estudiante de posgrado Yue Zhang usó una cámara de alta velocidad para captar los patrones de estrés mientras se saca una pelota con una cuerda de un montón de estos discos. En el video, la bola parece estar atascada primero debajo de la pila, y luego cede repentinamente después de aplicar suficiente fuerza, no muy diferente de lo que podría experimentar al sacar una estaca de la tienda del suelo, o abrir la tapa de un frasco de pepinillos molestos.
"Lo divertido es que empiezas a intentar tirar, añades más fuerza, añades más fuerza, y luego, en algún momento, jalas con tanta fuerza que te golpeas en la cabeza, ", Dijo Behringer.
El equipo se sorprendió al descubrir que los patrones de estrés creados por la pelota, que, según Behringer, parece "tener el pelo erizado, "son casi idénticos al estrés del impacto, solo al revés.
"Lo que ves es que, a pesar de que estás tirando gradualmente más y más fuerte, las dinámicas finales son en cierto sentido las mismas dinámicas que obtienes al impactar, ", Dijo Behringer.
En otro experimento, el equipo examinó lo que sucede en materiales granulares sometidos a esfuerzo cortante, que es similar a la fuerza que sus dedos ejercen entre sí cuando los frota.
Debajo de los pequeños discos transparentes hay una serie de ruedas concéntricas, cada uno unido a su propio motor. Al girar estas plataformas a diferentes velocidades, Yiqiu Zhao puede observar cómo la deformación por cizallamiento afecta a los discos. Crédito:Universidad de Duke
El estudiante de posgrado Yiqiu Zhao colocó cientos de estos discos en una plataforma circular hecha de una serie de anillos concéntricos, cada uno de los cuales está controlado por un motor independiente. Mientras los anillos giran a diferentes velocidades, las partículas se frotan unas contra otras, creando un esfuerzo cortante.
"Tenemos una veintena de motores paso a paso aquí, de modo que podamos rotar todos los anillos para aplicar un corte no solo desde el límite exterior, sino también de todas partes del interior de la mayor parte del material, "Dijo Zhao. Esto asegura que cada partícula en el círculo experimente una cantidad similar de cizallamiento.
"Una de las intenciones clave de este nuevo experimento fue encontrar una forma de esquilar hasta que las vacas regresen a casa, ", Dijo Behringer." Y si se necesita cien veces más esfuerzo de corte de lo que podría obtener con experimentos más antiguos, bueno, lo conseguiremos ".
Mientras los anillos giran Los videos del material muestran fuerzas serpenteando desde el círculo interior como relámpagos. Descubrieron que aplicando suficiente cizalla, es posible hacer el material como un sólido a densidades mucho más bajas que las que se habían visto antes.
"De hecho, puede convertir un líquido granular en un sólido granular cortándolo, ", Dijo Behringer." Así que es como si no pusieras tu hielo en el refrigerador, lo pones en una de estas bandejas y cortas la bandeja y se convierte en hielo ".
