Calcular la cantidad de naranjas que se pueden arrancar de un puesto de frutas antes de que se derrumbe

Avalanchas provocadas por extracciones aleatorias. a) Disposición de las frutas en el mercado. Los paneles inferiores muestran una simulación numérica de un sistema con 90 esferas, coloreadas aleatoriamente. (b) Presenta una vista global del sistema, inclinada con un ángulo. En el panel (c), se extrae la primera esfera y la segunda en el panel (d). En el panel (e), se produce una avalancha después de la extracción de 12 esferas. El recuadro en el panel (c) resalta la valla que delimita el sistema. Crédito:Revisión física E (2023). DOI:10.1103/PhysRevE.108.064904

Un pequeño equipo de físicos e ingenieros mecánicos de la Universidad de Antofagasta, la Universidad Autónoma de Chile y la Universidad de O'Higgins, todas en Chile, ha encontrado una manera de encontrar los puntos de estabilidad de monocapas dispuestas granularmente en un solo pilote con pendientes inclinadas. /P>

En su estudio, publicado en la revista Physical Review E , el grupo utilizó simulaciones por computadora para modelar esferas, como naranjas, apiladas con diferentes bordes inclinados para descubrir el punto en el que la pila colapsará cuando una o más esferas se retiren de un borde.

Muchas tiendas de comestibles exhiben frutas a la venta formando montones para mostrar su delicia. Estas pilas tienden a tener bordes inclinados, lo que da una imagen general de inestabilidad:los compradores desprevenidos que toman una sola naranja de la parte equivocada de la pila pueden provocar un colapso y la fruta se cae del estante y cae al suelo. En este nuevo esfuerzo, el equipo de investigación encontró los puntos de inflexión de tales pilas.

Los investigadores crearon simulaciones que representaban esferas apiladas de varios tamaños apiladas con diferentes pendientes de borde y las colocaron en múltiples configuraciones, desde pendientes modestas hasta extremas. Descubrieron que las esferas apiladas con pendientes extremas pueden colapsar si se retira una sola esfera del borde inclinado. También descubrieron que para pendientes modestas, se puede eliminar casi cualquier número de esferas sin provocar un colapso. Fue entre esos extremos que las cosas se volvieron más difíciles de predecir.

Descubrieron que aumentar lentamente el ángulo de la pendiente conducía a situaciones en las que eliminar varias esferas en lugar de solo una podría provocar un colapso. También calcularon que en circunstancias promedio, como las que se encuentran típicamente en una tienda de comestibles, se deben retirar hasta el 10% de las esferas (manzanas, naranjas o pomelos, por ejemplo) antes de que se derrumben. Por lo tanto, es poco probable que un comprador individual provoque un colapso si retira solo una pieza de fruta, a menos que varios compradores antes que él hayan hecho lo mismo desde el mismo lugar.

Los investigadores planean continuar su trabajo, investigando otros posibles escenarios de colapso del mundo real, como montones de rocas de diferentes tamaños.

Más información: Eduardo Rojas et al, Estabilidad de una monocapa granular inclinada:¿Cuántas esferas podemos recoger antes del colapso?, Revisión Física E (2023). DOI:10.1103/PhysRevE.108.064904. En arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2206.03016

Información de la revista: Revisión física E , arXiv