_ Compresie ușoară, flux ușor: echipa de cercetare proiectează noi materiale granulare

Când ne plimbăm pe plajă, ne plimbăm fără probleme pe nisip. Nisipul pare solid și este greu de comprimat. Când punem aceleași granule de nisip într-o clepsidră, acestea se comportă foarte diferit: nisipul curge ca un lichid.

Materiale granulare precum nisipul au multe proprietăți interesante. În materialele granulare fabricate în laborator, oamenii de știință au reușit până acum să își ajusteze proprietățile de curgere „lichid”, dar proprietățile de compresibilitate „solide” au rămas destul de robuste.

Cercetătorii de la Universitatea din Amsterdam și de la Santiago din Chile au reușit acum să proiecteze noi materiale granulare care pot fi, de asemenea, comprimate cu ușurință, un rezultat care ar putea avea un potențial mare în aplicații precum amortizarea șocurilor.

Le puteți găsi pe toată coasta Japoniei: tetrapode. , blocuri enorme de beton cu patru picioare care previn eroziunea structurilor de coastă. Împreună, aceste tetrapode formează un metamaterial granular: un material granular ca nisipul, dar conceput și realizat de oameni. Tetrapodele au forma lor dintr-un motiv întemeiat. Picioarele extinse fac foarte dificil să curgă o grămadă din aceste blocuri. Spre deosebire de bolovani obișnuiți, ei rămân la locul lor și, ca urmare, fac ceea ce au fost intenționați să facă: împiedică schimbarea liniei de coastă.

Exemplul tetrapodelor arată că este relativ ușor să faci un sistem granular care este aproape incompresibil și curge mult mai rău decât nisipul. La celălalt capăt al spectrului, s-a dovedit a fi foarte dificil să se creeze un material ușor de comprimat și care curge mai bine decât nisipul.

Datorită muncii cercetătorilor din Amsterdam și Santiago, publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences săptămâna aceasta, această situație s-a schimbat acum – deschizând oportunități foarte interesante.

Daan Haver, primul autor al publicației, explică: „În domeniul metamaterialelor, construim geometria unui material în așa fel încât materialul să aibă un răspuns dorit. De exemplu, ne așteptăm în mod normal ca o bandă elastică să devină mai subțire atunci când o întindem.

„În lucrările anterioare, cercetătorii au avut S-au arătat modalități de a realiza materiale care devin mai subțiri nu atunci când sunt întinse, ci când sunt comprimate, bazate exclusiv pe geometria materialului. Acest exemplu arată că este posibil să reglați proprietățile materialului dvs. Ne întrebam dacă am putea folosi această idee și pentru a regla materiale granulare.”

În laborator, cercetătorii au făcut boabe care se micșorează radial atunci când există o presiune externă. Aceasta înseamnă că atunci când o ambalare a acestor boabe este comprimat, cantitatea de spațiu liber dintre boabe rămâne aproximativ aceeași și, ca urmare, comportamentul de curgere al boabelor rămâne similar cu cel al unui lichid.

Haver afirmă: „Forțele din interiorul mediului rămân scăzute. Prin urmare, ambalajul nu este doar foarte compresibil, dar poate curge mai bine. Punem boabele într-o pâlnie. În mod normal, boabele vor forma un arc de obstrucție. Cu toate acestea, atunci când boabele se micșorează în raport cu dimensiunea deschiderii, boabele vor curge în cele din urmă.

„Întotdeauna s-a crezut că materialele granulare vor fi greu de comprimat și că modificările boabelor ar deteriora proprietățile de curgere. noile noastre boabe, am deschis o direcție în care putem crea garnituri complet diferite, care sunt ușor de comprimat și care încă curg ușor.”

Noile rezultate ar putea avea un mare potențial în amortizarea șocurilor. Cercetătorii au arătat că un disc de metal, atunci când este aruncat într-un pachet de boabe noi, încetinește pe o perioadă lungă de timp și abia revine. Energia mișcării discului este astfel transferată mai consistent și mai omogen la ambalaj.

Haver spune: „Imaginați-vă că, în loc de un disc de metal, cineva cade într-o cursă de patinaj viteză. Impactul asupra patinatorului atunci când lovește peretele ar fi mic dacă noile boabe sunt folosite în interiorul pernei. un mare bonus, persoana nu ar fi revenită pe pistă, făcând situația mai sigură pentru toți cei implicați.”

(Fluierul)