Американские физики установили оптимальную форму скрепки, при которой куча таких скрепок наиболее устойчива к вибрациям. Статья ученых появилась в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводится на сайте Американского физического общества.
Одной из ключевых проблем в современной физике является создание адекватной (то есть отвечающей результатам экспериментов) теории сыпучего тела — то есть среды, в которой частицы достаточно большие для того, чтобы считать его жидкостью, но слишком маленькие, чтобы рассматривать их как набор некоторого количества взаимодействующих твердых тел. Подобная теория помогла бы описывать, например, динамику песка. В настоящее время известно всего несколько частных случаев, в которых подобная теория создана.
В рамках новой работы ученые моделировали динамику сыпучего тела, состоящего из невыпуклых частиц. В качестве простейшей такой частицы они взяли идеализированную скрепку — П-образные линейный объект. Отличительной особенностью состоящего из таких частиц тела является то, что скрепки способны зацепляться друг за друга (это принципиальное отличие от случая с выпуклыми частицами, в котором часто главную роль во взаимодействии частиц играет трение).
Из-за зацепления куча скрепок может сохранять форму, например, при вибрациях. Ученые варьировали длины концов скрепки, оставляя ширину неизменной, и смотрели, насколько устойчивой остается подобная куча. Как оказалось, устойчивость определяют два параметра — плотность кучи и количество зацеплений между скрепками. С ростом длины концов первый параметр уменьшается, а второй растет. При этом оптимальным соотношение оказывается тогда, когда длина концов скрепки составляет примерно 0,4 от ее ширины. Все результаты моделирования на компьютере были проверены экспериментально для синусоидальных колебаний.
Одним из частных случаев, в которых более или менее общая теория создана является теория плотного сыпучего тела со сферическими гранулами, созданная французскими физиками в 2004 году. В конце октября 2011 года на основании этой теории ученые смогли создать реологию взвесей — теорию, описывающую динамику последних. Примечательно, что в работе ученые использовали идеи, сформулированные еще Альбертом Эйнштейном.
Читайте также: Новости России и мира.