I fisici hanno scoperto che i granelli di sabbia si comportano come liquidi di diversa densità quando sono miscelati - si gonfiano e galleggiano.

Movimento nel flusso di materiali sfusi come sabbia e particelle di catalizzatori utilizzati in applicazioni chimiche

reattori, è alla base di una vasta gamma difenomeni naturali - dalle frane alle eruzioni vulcaniche. Lo stesso meccanismo viene utilizzato nei processi industriali che vanno dalla produzione farmaceutica alla cattura del carbonio. Il movimento e la miscelazione dei solidi spesso mostrano sorprendenti somiglianze con i liquidi, come avviene nello spostamento delle dune di sabbia, delle valanghe e delle sabbie mobili. Allo stesso tempo, la fisica alla base di tali flussi granulari non è così chiara come quella dei flussi liquidi.

Una recente scoperta di Chris Boyce, professore associato di chimica.in Ingegneria alla Columbia University, spiega la natura di una nuova famiglia di instabilità gravitazionali in particelle granulari di varia densità guidate dal gas. Processi simili non si verificano nei liquidi. In collaborazione con il gruppo del professore di energia e ingegneria Christoph Müller dell'ETH di Zurigo, il team di Beuys ha scoperto un'inaspettata instabilità simile a Rayleigh-Taylor in cui i grani più leggeri salgono attraverso i grani più pesanti sotto forma di "dita" e "bolle di grano". L'instabilità di Rayleigh-Taylor risulta dall'interazione di due liquidi di diversa densità che non si mescolano, ad esempio olio e acqua, perché il liquido più leggero respinge quello più pesante. Questo non è mai stato visto prima tra due materiali granulari secchi.

Lo studio di Boyce ha dimostrato per la prima volta che la “bolla”dalla sabbia leggera può salire attraverso la sabbia pesante, a condizione che entrambi i tipi di sabbia siano soggetti a vibrazioni verticali e flusso di gas verso l'alto. Gli scienziati hanno scoperto che proprio come le bolle d'aria e d'olio salgono nell'acqua perché sono più leggere dell'acqua e non vogliono mescolarsi con essa, le bolle della sabbia leggera passano attraverso la sabbia pesante, anche se i due tipi di sabbia vengono accuratamente tentati di mescolarsi.

“Crediamo che la nostra scoperta si trasformeràscienza”, osserva Boyce. “Abbiamo trovato un analogo “granulare” delle instabilità meccaniche dei liquidi. “I nostri risultati non solo possono spiegare le formazioni geologiche e i processi alla base della formazione di depositi minerali, ma possono anche essere utilizzati nella tecnologia di lavorazione delle polveri nei settori energetico, edile e farmaceutico”.

I ricercatori hanno anche scoperto che il gasil flusso che agisce sulla sabbia crea anche altre instabilità gravitazionali, tra cui la ramificazione a cascata della gocciolina granulare verso il basso. Hanno anche dimostrato che l'instabilità di Rayleigh-Taylor si verifica in un ampio intervallo di portate di gas e condizioni di vibrazione, formando strutture diverse in diverse condizioni di eccitazione.

"Queste instabilità che possono essere applicatea diversi sistemi, fare luce sulla dinamica dell'ambiente granulare e offrire nuove possibilità per la formazione di un modello all'interno delle miscele granulari per la formazione di nuovi prodotti nell'industria farmaceutica ", aggiunge Beuys. "Siamo particolarmente entusiasti del potenziale impatto delle nostre scoperte sulle scienze geologiche: queste instabilità ci aiuteranno a capire come si è formata la struttura del pianeta nel corso della lunga storia della Terra e prevedere come si formeranno gli altri in futuro."