Учёные создали странный песок, который может взбираться в гору и вверх по стенам
Как известно, песок стекает вниз по склону. Именно это и делают все гранулированные материалы. Однако исследователи только что обнаружили, что можно создать гранулированный материал, игнорирующий этот основной принцип: вещество, похожее на песок, которое течет в гору и карабкается по лестницам и стенам (видео можно посмотреть ниже). Новое исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.
Открытие было случайным. Ведущий автор доктор Сэмюэл Уилсон-Уитфорд увидел странные движения, когда вращал магнит под флаконом с частицами полимера, покрытыми оксидом железа. Без магнита они двигались, как любая песчаная среда, ведя себя так, как и следовало ожидать из уравнений гранулированного потока. Но магнитное поле изменило ситуацию.
«После использования уравнений, описывающих поток сыпучих материалов», — сказал соавтор исследования профессор Джеймс Гилкрист из Университета Лихай. «Мы смогли убедительно показать, что эти частицы действительно двигались как зернистый материал, за исключением того, что они двигались вверх».
Чтобы объяснить это движение, команде пришлось внести некоторые уникальные изменения в уравнения гранулированного потока. Угол естественного откоса, самый крутой угол спуска, который можно создать в материале без его оседания, должен был быть отрицательным. Коэффициент трения также должен был быть отрицательным.
«До сих пор никто не использовал эти термины», — добавил Гилкрист. «Их не существовало. Но чтобы понять, как эти зерна движутся вверх, мы рассчитали, какие напряжения заставляют их двигаться в этом направлении. Если у вас отрицательный угол естественного откоса, то необходимо иметь сцепление, чтобы дать отрицательный угол естественного откоса. Коэффициент трения. Эти гранулированные уравнения потока никогда не были выведены для учета этих вещей, но после их расчета получился кажущийся коэффициент трения, который отрицателен».
Магнитное поле является причиной нелогичного движения этих так называемых микророликов. Он создает крутящий момент, благодаря которому частицы начинают вращаться, и создает сцепление, поэтому частицы на некоторое время слипаются. Более сильное магнитное поле увеличивает сцепление, давая им большую тягу, поэтому они могут подниматься в гору еще быстрее. Вот как они заставляли их подниматься по крошечным лестницам.
«Эта первая статья посвящена только тому, как материал движется вверх по склону, но в следующих нескольких статьях будут рассмотрены области применения, и часть этого исследования отвечает на вопрос, могут ли эти микрокатки преодолевать препятствия? И ответ — да», — сказал Гилкрист.
