Smėlio tekėjimo per smėlio laikrodį paslaptis

Fizikai jau seniai žinojo, kad smėlio srautas per smėlio laikrodį visiškai skiriasi nuo skysčio srauto. Skysčio atveju išleidimo greitis priklauso nuo slėgio angoje, kurią lemia aukščiau esančio skysčio aukštis.

Tačiau granuliuotoje terpėje viskas yra kitaip. 1895 m. vokiečių inžinierius Janssenas išsiaiškino, kad slėgis granulių konteinerio apačioje nepriklauso nuo aukščiau esančių grūdų aukščio. Jis samprotavo, kad grūdai sudaro grandines ir tiltelius, kurie perduoda savo svorį į konteinerio pusę, kur juos palaiko trintis. Taigi slėgis asimptotiškai didėja gyliui iki slenksčio.

Tiesą sakant, jei granulių aukštis yra du kartus didesnis už konteinerio plotį, slėgis apačioje yra faktiškai pastovus. Būtent šis nuolatinis dugno slėgis, kurį Janssenas ir kiti visada manė, lemia masės srautą iš angos smėlio laikrodyje.

Ne taip, sako Maria Aguirre iš Buenos Airių universiteto Argentinoje ir keli draugai, kurie atliko eksperimentą, kad patikrintų šią idėją.

Jų idėja yra pašalinti gravitaciją iš lygties, dedant granules arba šiuo atveju mažus diskus ant konvejerio juostos, kuri perneša jas per angą (žr. aukščiau pateiktą diagramą). Tai leidžia jiems keisti diskų išėjimo per angą greitį keičiant diržo greitį.

Rezultatai nustebina: jie rodo, kad esant vienodam dugno slėgiui galima išgauti skirtingus srautus tiesiog pakeitus konvejerio juostos greitį. Tai reiškia, kad srautą lemia diskų greitis, o ne slėgis apačioje.

Tai subtilus, bet svarbus rezultatas. Jansseno poveikis buvo išsamiai tiriamas daugiau nei 50 metų, niekam neabejojant jo mąstymu.

Ir tai gali turėti įdomių praktinių pritaikymų. Naujasis darbas rodo, kad turėtų būti įmanoma padidinti dalelių srautą per angą, padidinant jų greitį per ją. Tai galima padaryti, pavyzdžiui, naudojant elektrinius laukus arba kieto ar skysčio konvejerio juostas, tokias kaip Argentinos komanda.

Tai turėtų būti naudinga daugelyje pramonės šakų, kuriose dalelės turi būti maišomos kartu, pavyzdžiui, maisto, vaistų ir statybų pramonėje.

Tačiau tiems, kurie nerimauja dėl minkštai virtų kiaušinių, tai neturėtų paveikti smėlio tekėjimo per smėlio laikrodį.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1005.2884 : slėgio nepriklausomumas nuo granuliuoto srauto per angą

paslėpti