Tajemnica przepływu piasku przez klepsydrę
Fizycy od dawna wiedzą, że przepływ piasku przez klepsydrę jest zupełnie inny niż przepływ cieczy. W przypadku cieczy szybkość wypływu zależy od ciśnienia w otworze, które jest określone przez wysokość cieczy powyżej.
Ale w mediach granulowanych jest inaczej. W 1895 roku niemiecki inżynier Janssen odkrył, że ciśnienie na dnie pojemnika z granulkami nie zależy od wysokości ziaren powyżej. Argumentował, że ziarna tworzą łańcuchy i mosty, które przenoszą ich ciężar na bok pojemnika, gdzie są podtrzymywane przez tarcie. Tak więc ciśnienie wzrasta asymptotycznie wraz z głębokością do pewnego progu.
W rzeczywistości, jeśli wysokość granulek jest dwa razy większa od szerokości pojemnika, ciśnienie na dnie jest faktycznie stałe. To właśnie to stałe ciśnienie przy dnie, które Janssen i inni zawsze zakładali, określa masowy przepływ z otworu w klepsydrze.
Nie tak, twierdzą Maria Aguirre z Uniwersytetu Buenos Aires w Argentynie i kilku przyjaciół, którzy przeprowadzili eksperyment, aby przetestować ten pomysł.
Ich pomysł polega na usunięciu grawitacji z równania poprzez umieszczenie granulek, lub w tym przypadku małych krążków, na taśmie przenośnika, która przenosi je przez otwór (patrz schemat powyżej). Pozwala im to na zmianę prędkości wyjściowej dysków przez otwór poprzez zmianę prędkości taśmy.
Wyniki zaskakują: pokazują, że przy tym samym dolnym ciśnieniu można uzyskać różne prędkości przepływu, po prostu zmieniając prędkość taśmy przenośnika. Oznacza to, że to prędkość dysków decyduje o szybkości przepływu, a nie ciśnienie dolne.
To subtelny, ale ważny wynik. Efekt Janssena był szczegółowo badany od ponad 50 lat i nikt nie kwestionował jego sposobu myślenia.
I może mieć ciekawe zastosowania praktyczne. Nowa praca sugeruje, że powinno być możliwe zwiększenie przepływu cząstek przez szczelinę poprzez zwiększenie ich prędkości przez nią. Można to zrobić na przykład za pomocą pól elektrycznych lub taśm przenośników stałych lub ciekłych, takich jak te używane przez zespół argentyński.
Powinno to być przydatne w wielu branżach, w których cząstki muszą być ze sobą mieszane w powtarzalny sposób, takich jak przemysł spożywczy, farmaceutyczny czy budowlany.
Ale dla tych, którzy martwią się jajkami na miękko, nie powinno to wpływać na przepływ piasku przez klepsydrę.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1005.2884 : Niezależność od ciśnienia granulowanego przepływu przez otwór
jak jedna komórka staje się komórką mózgową, a inna komórką skóry?
