C'est l'astuce la plus simple du garde-manger – verser du sucre dans un pot, manquer d'espace, puis taper le pot sur une table pour l'emballer et le mettre dans le reste du sac.
La «dynamique de compactage», comme on appelle cette astuce, a beaucoup d'utilisations dans les milieux industriels, et les physiciens ont longtemps étudié les meilleures façons d'emballer divers matériaux granulaires à l'aide de la gravité. Maintenant, il s'avère que le matériau le plus cool que vous pouvez emballer est dés – mais avec une méthode légèrement différente.
Pour étudier ce qui arrive à un matériau granulaire où toutes les particules sont des cubes identiques, une équipe de physiciens d'Espagne et du Mexique se sont tournés vers les jeux de plastique. Ils ont acquis 25 000 d'entre eux – le type régulier avec six chiffres, un demi-centimètre (0,2 pouce) de large de chaque côté.
L'équipe a versé ses dés dans un cylindre translucide d'une largeur de 8,7 cm (3,4 pouces) et a procédé à un mouvement de va-et-vient d'environ une fois par seconde dans un mouvement qu'elle décrit comme une "torsion".
Des travaux antérieurs ont montré que cette méthode est efficace pour réorganiser à la fois les particules allongées et les particules «platy», cette dernière étant un terme de physicien pour les choses qui viennent en flocons.
Comme les dés étaient agités de cette manière, les chercheurs ont remarqué que les cubes ne bougeraient que lorsque la direction de la torsion changerait.
"Il est à noter que le système n'est perturbé que lorsque la vitesse angulaire est inversée et que les cubes restent au repos pendant le reste du cycle de rotation", écrit l'équipe dans l'étude.
Comme on pouvait s'y attendre, les cubes commençaient à se serrer les uns contre les autres à travers les rebondissements répétés, mais pas de manière chaotique que traverseraient des particules de forme irrégulière.
Au lieu de cela, les dés s'organisaient en anneaux concentriques bien rangés, et l'ensemble de ceux-ci étaient soigneusement empilés après seulement 300 000 rebondissements. L'équipe a répété cela avec un cylindre plus petit et a observé le même phénomène, ce qui est fascinant à regarder. (Vous pouvez trouver des vidéos ici si le gif ci-dessous ne se charge pas.)
Ils ont également joué avec l'intensité des rebondissements en changeant la vitesse de la rotation – plus le cylindre allait vite, plus le choc serait grand quand la rotation changerait.
Comme on pouvait s'y attendre, plus le changement de rotation est doux, plus il faut de temps pour que les dés se rangent d'une manière ordonnée. En fait, à l'intensité la plus faible, les dés ont à peine bougé et les chercheurs ont émis l'hypothèse qu'il faudrait probablement «dix ans de torsion» pour atteindre la configuration la plus dense possible pour les dés.
Alors pourquoi les dés s'organisent-ils si proprement quand ils sont tordus à plusieurs reprises? Selon l'équipe, il est inévitable que les surfaces planes des dés s'alignent les unes avec les autres lorsque la rotation les pousse vers l'extérieur aux bords du conteneur sous l'effet des forces de cisaillement.
Et ils disent que l'organisation des cubes de cette façon est en réalité beaucoup plus efficace que lorsque nous essayons d'emballer des matériaux granulaires en tapotant. C'est parce qu'à moins que vous ne tapotiez d'une manière spécifique, le matériel ne s'installera jamais correctement dans l'arrangement le plus dense possible.
Pendant ce temps, dés aime clairement être tordu d'avant en arrière tant que tu ne vas pas super-lent.
"En effet, contrairement au comportement observé avec le protocole de taraudage standard, le système atteint le même état final quelle que soit l'intensité de l'excitation (à condition qu'elle soit assez grande)", écrivent-ils.
En plus d'être une chose vraiment cool à voir en action, ce jeu de dés pourrait aussi être un tremplin pour travailler avec des matériaux dans des endroits où l'assistance gravitationnelle d'un conteneur n'est pas une option – comme l'espace.
L'équipe prépare actuellement des expériences pour étudier les matériaux granulaires sur la Station spatiale internationale, et honnêtement, nous ne pouvons pas attendre pour voir ce qu'ils vont venir avec.
L'étude a été publiée dans Physics Review Letters .
No comments:
Post a Comment