Piasek w klepsydrze, który nagle przestaje płynąć, stanowi od dawna zagadkę dla naukowców. Jednak najnowsze badania wskazują, że matematyka opracowana jeszcze w latach 50-tych może dostarczyć klucz do zrozumienia tego zjawiska. Granularne materiały, takie jak piasek czy ryż, potrafią zachowywać się zarówno jak ciało stałe, jak i jak ciecz. Amerykańscy fizycy, Onuttom Narayan z University of California i Harsh Mathur z Case Western Reserve University, opracowali model, który wyjaśnia zachowanie granulatów zbliżających się do punktu zatarcia, kiedy to materiał przestaje płynąć i gwałtownie przechodzi w stan zbliżony do ciała stałego.

Narayan i Mathur skorzystali z danych numerycznych pochodzących z eksperymentów z polistyrenowymi kulkami, które nie mają tarcia. Analizując wibracje w tych materiałach, zauważyli, że kulki podczas kontaktu działają jak sprężyny, co skutkuje dużymi siłami nawet przy niewielkim nacisku. Dzięki zastosowaniu teorii macierzy losowych, szczególnie zespołu Wishart-Laguerre, udało się im nie tylko opisać zachowanie granulatów w pobliżu punktu zatarcia, ale także modelować ich właściwości zarówno w ruchu, jak i w spoczynku.

To odkrycie może mieć znaczące implikacje w różnych dziedzinach przemysłu, od farmacji po budownictwo, gdzie rozumienie zachowania materiałów granularnych jest kluczowe dla optymalizacji procesów produkcyjnych i zapobiegania problemom związanym z zatorem materiału.

Źródło: Science Alert