A fizikusok felfedezték, hogy a homokgranulátumok olyan kevert folyadékokként viselkednek, mint a különböző sűrűségűek - buborékok és úszóak.

A vegyi alkalmazásokban használt ömlesztett anyagok, például homok és katalizátorrészecskék mozgása

reaktorok széles körének hátterébentermészeti jelenségek – a földcsuszamlásoktól a vulkánkitörésekig. Ugyanezt a mechanizmust alkalmazzák az ipari folyamatokban, a gyógyszergyártástól a szén-dioxid-leválasztásig. A szilárd anyagok mozgása és keveredése gyakran megdöbbentő hasonlóságot mutat a folyadékokkal, ahogy ez a mozgó homokdűnéknél, lavináknál és futóhomoknál is előfordul. Ugyanakkor az ilyen szemcsés áramlások mögött meghúzódó fizika nem olyan egyértelmű, mint a folyadékáramlás.

Chris Boyce, a kémia docense nemrégiben tett felfedezése.a Columbia Egyetem mérnöki szakán elmagyarázza a gravitációs instabilitás új családjának természetét a gáz által vezérelt, változó sűrűségű szemcsés részecskékben. Folyadékokban hasonló folyamatok nem mennek végbe. Az ETH Zürich energetikai és mérnöki professzorával, Christoph Müllerrel együttműködve Beuys csapata egy váratlan Rayleigh-Taylor-szerű instabilitást fedezett fel, amikor a könnyebb szemcsék „ujjak” és „szembuborékok” formájában emelkednek át a nehezebb szemcséken. A Rayleigh-Taylor instabilitás két különböző sűrűségű, nem keveredő folyadék – például olaj és víz – kölcsönhatásából adódik, mivel a könnyebb folyadék taszítja a nehezebbet. Ilyenre még nem volt példa két száraz szemcsés anyag között.

Boyce tanulmánya először mutatta ki, hogy a „buborék”a könnyű homokból átemelkedhet a nehéz homokon, feltéve, hogy mindkét típusú homok függőleges vibrációnak és felfelé irányuló gázáramlásnak van kitéve. A tudósok felfedezték, hogy ahogy a levegő és az olajbuborékok felemelkednek a vízben, mert könnyebbek a víznél, és nem akarnak keveredni vele, a könnyű homok buborékai is átjutnak a nehéz homokon, még akkor is, ha a kétféle homokot alaposan összekeverik.

„Hiszünk abban, hogy felfedezésünk átalakultudomány” – jegyzi meg Boyce. „Megtaláltuk a folyékony mechanikai instabilitások „szemcsés” analógját. "Eredményeink nem csak az ásványi lerakódások kialakulásának hátterében álló geológiai képződményeket és folyamatokat magyarázzák, hanem az energia-, az építőipar és a gyógyszeripar porfeldolgozási technológiájában is felhasználhatók."

A kutatók azt is megállapították, hogy a gáza homokra ható áramlás egyéb gravitációs instabilitásokat is létrehoz, beleértve a lefelé irányuló szemcsés cseppek lépcsőzetes elágazását. Azt is kimutatták, hogy a Rayleigh-Taylor instabilitás mint instabilitás a gázáramlási sebességek és rezgési feltételek széles tartományában fordul elő, és különböző gerjesztési körülmények között különböző struktúrákat alkot.

"Ezek az instabilitások, amelyek alkalmazhatókkülönböző rendszerekre világítanak a szemcsés környezet dinamikájára, és új lehetőségeket kínálnak a granulált keverékeken belüli mintázat kialakítására a gyógyszeripar új termékeinek kialakításához ”- tette hozzá Beuys. „Különösen izgatottak vagyunk a megállapítások geológiai tudományokra gyakorolt ​​lehetséges hatásaira - ezek az instabilitások segítenek megérteni, hogyan alakult ki a bolygó szerkezete a Föld hosszú történetében, és megjósolja, hogy mások hogyan alakulnak a jövőben.”