انتشار این مقاله


حباب شنی: شن رفتاری مانند مایعات از خود نشان می‌دهد

شن رفتار دوگانه‌ای دارد که آن را به مایعات نزدیک می‌کند.

گروهی از پژوهشگران برای اولین بار موفق به ساخت حباب شنی شده‌اند. ممکن است عجیب به نظر برسد، ولی این حباب‌های شنی درست مانند حباب‌های مایع عمل می‌کنند. چنین یافته‌ای می‌تواند به دانشمندان در درک فیزیک حاکم بر رفتار مواد گرانولی (دانه‌دانه) کمک کند.

اگر به گذشته نگاهی بیندازیم، خواهید دید که علم فیزیک در توصیف جامدات، مایعات و گازها خیلی عالی عمل کرده است. با این وجود، فیزیک‌دانان همواره از درک کامل قوانین فیزیکی حاکم بر مواد گرانولی یا دانه‌دانه، مانند شن و نمک، ناتوان بوده‌اند. این مواد گاهی اوقات مانند مایعات رفتار می‌کنند، چرا که می‌توانند به جریان افتاده و شکل ظرفی را بگیرند که در آن ریخته می‌شوند.

اما می‌دانیم که تنها این ویژگی برای مایع خواندن شن و نمک کافی نیست. این مواد تفاوت‌های بنیادینی با مایعات دارند. برای مثال، اگر مقداری نمک را بر روی سطح صافی مانند یک میز بریزید، به جای آن ‌که مثل آب حوضچه تشکیل بدهد، یک تل (یا تپه) به وجود خواهد آورد. این را همگی بارها از نزدیک مشاهده کرده‌ایم.

یکی از مراحل مهم در درک فیزیک حاکم بر رفتار مواد گرانولی، یاد گرفتن این موضوع است که آن‌ها چه موقع مانند مایعات، و چه موقع مانند خود واقعی‌شان رفتار می‌کنند. چنین چیزی در کتاب‌های فیزیک آورده نشده است، بلکه برای یاد گرفتن آن باید دست به آزمون و خطا زد. ساده‌ترین طرحی که برای راه‌اندازی یک آزمایش می‌تواند به ذهن هر پژوهشگری برسد، این است که شن را وادار کنیم مثل یک مایع عمل بکند. فرقی هم ندارد نتیجه‌ی آزمایش خوب یا بد باشد، مهم این است که در مورد فیزیک مواد گرانولی بیش‌تر یاد خواهیم گرفت.

این همان سؤالی است که برای تعدادی از محققین پیش آمد، و آن‌ها به جای رها کردن آن، وارد عمل شدند. این دانشمندان قصد داشتند فرآیندی به نام «ناپایداری رایلی – تیلور» را در محیط آزمایشگاه امتحان کنند. ناپایداری رایلی – تیلور گونه‌ای از ناپایداری است که بین سطح حایل دو مایع با چگالی‌های متفاوت به وجود آمده، و باعث شکل‌گیری حباب‌هایی در بین آن دو می‌شود.

حباب شنی
چراغ گدازه‌ای

ملموس‌ترین مثالی که می‌توان برای ناپایداری رایلی – تیلور در زندگی واقعی پیدا کرد، چراغ گدازه‌ای است. حتی اگر در خانه چراغ گدازه‌ای نداشته باشید، حتماً آن‌ها را در فیلم‌ها دیده‌اید. این چراغ‌ها از دو مایع محبوس در یک محفظه‌ی شیشه‌ای ساخته می‌شوند. این دو مایع چگالی‌های متفاوتی دارند، به همین دلیل، یکی از مایعات در داخل دیگری حباب‌های ریز و درشت رنگی تشکیل می‌دهد که به طرف بالا و پایین حرکت می‌کنند.

این مقاله را بخوانید: آیا می توان یک حباب را گرفت و در دام انداخت؟

به لطف این مطالعه‌ی جدید، ما هم‌اکنون می‌دانیم که شن رفتاری مشابه با مایع شناور در چراغ گدازه‌ای دارد. محققان در این آزمایش، دو نوع متفاوت از شن را وارد یک محفظه کردند. یکی از شن‌ها دانه‌درشت بود، و دیگری دانه‌های به مراتب ریزتری داشت. در شروع آزمایش، شن‌های دانه‌ریز در ته محفظه قرار داشتند. محققان بعد از به ارتعاش درآوردن محفظه، مشاهده کردند که حباب‌هایی از جنس شن از ته ظرف به طرف بالا شروع به حرکت کردند.

آزمایش مربوط به حباب شنی از اهمیت بسیار بالایی برای فیزیک گرانولی و سایر علوم مرتبط برخوردار است. پژوهشگران حاضر در این مطالعه باور دارند که نتایج این کار می‌تواند کمک فراوانی به زمین‌شناسان برای توجیه برخی از رویدادهای نادر بکند. ممکن است مواد گرانولی روزی در صنعت داروسازی نیز به کار گرفته شود.

میلاد شیرولیلو


نمایش دیدگاه ها (0)
دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *