Sumergir un tubo en un recipiente lleno de agua hará que el agua se eleve en el tubo. Este fenómeno se llama capilaridad líquida. Es responsable de muchos procesos naturales y técnicos, por ejemplo, la absorción de agua de los árboles, la tinta que sube en una fuentebolígrafo y esponjas que absorben agua para lavar platos. Pero, ¿qué sucede si el tubo se sumerge en un recipiente lleno no con agua sino con arena? La respuesta es: nada. Sin embargo, si el tubo se sacude hacia arriba y hacia abajo, la arena también comenzará aLos científicos han descubierto el mecanismo detrás de este efecto, el llamado efecto capilar granular.
El Dr. Eric JR Parteli del Departamento de Geociencias de la Universidad de Colonia, el Profesor Fengxian Fan de la Universidad de Shanghai para Ciencia y Tecnología y el Profesor Thorsten Pöschel de la Universidad Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg ahora han publicado los resultados de su estudio 'Origende capilaridad granular revelada por simulaciones basadas en partículas 'en el Cartas de revisión física .
La capilaridad del líquido es el resultado de la interacción de diferentes fuerzas moleculares: la atracción entre las moléculas líquidas la mantiene unida mientras que la atracción entre las moléculas y el tubo impulsa el líquido hacia arriba. Esta explicación impide la aparición de capilaridad para la arena porque los granos de arena son mucho más grandesque sus moléculas constituyentes que las fuerzas intermoleculares pueden descuidarse de manera segura en comparación con la gravedad y la inercia del grano. Sin embargo, sorprendentemente, se ha observado capilaridad granular en experimentos de laboratorio en los que el material granular fue sometido a una pequeña vibración vertical de unos pocos diámetros de grano enamplitud y una frecuencia de unos pocos hercios. El origen de este efecto capilar granular fue un misterio de larga data que el equipo internacional de científicos logró revelar.
Investigaron el problema utilizando un método de simulación numérica basado en partículas llamado Método de elemento discreto. En este método, la trayectoria de cada grano se calcula resolviendo numéricamente las ecuaciones de Newton del movimiento de traslación y rotación debido a las fuerzas que actúan sobre cada granoMediante un experimento numérico de este tipo, es posible rastrear la trayectoria y la velocidad de todos los granos, incluidos los granos que se encuentran en las profundidades de la masa granular, que son difíciles de evaluar en el laboratorio.
El equipo de investigación observó en sus simulaciones que lo que hace que la columna de arena ascienda en el tubo es un movimiento convectivo de los granos de arena dentro del recipiente que es inherente a los materiales granulares bajo vibraciones verticales. Este flujo convectivo provoca el transporte lateral de masa dentro de la vibraciónempaquetamiento granular, lo que conduce a una presión hacia arriba en la base de la columna granular en el tubo, razón por la cual la columna asciende. Los científicos descubrieron que la rapidez y la altura de la columna depende del tamaño del tubo. Sorprendentemente, las simulaciones mostraron queLa altura del menisco granular la altura capilar que alcanza la columna granular después de un largo tiempo es proporcional a la inversa del tamaño del tubo. Es exactamente el mismo comportamiento que para la capilaridad líquida, aunque las fuerzas impulsoras en los dos sistemas sonmuy diferente
Los físicos demostraron en su estudio que se puede producir el mismo efecto capilar agitando el tubo en lugar del contenedor, lo que abre aplicaciones prometedoras en los sectores de manipulación y transporte. Por ejemplo, las partículas podrían bombearse desde contenedores muy grandes solomediante el uso de capilaridad granular. Ahora están estudiando el proceso con mayor profundidad para comprender el efecto del sistema y la geometría de partículas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Colonia - Universität zu Köln . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :