Физики объяснили, почему песок в песочных часах иногда перестаёт течь

Если поместить в ёмкость с небольшим отверстием снизу любое гранулированное вещество, будь то песок, рис или кофе, оно будет медленно высыпаться. Но если попытаться протолкнуть этот материал через воронку достаточно быстро или надавить на него с силой, его частицы, как правило, застревают, переходя из текучего состояния в твёрдое.

Чтобы избежать внезапных заторов там, где нужен плавный поток, нужно понять, как и когда происходит этот внезапный сдвиг. Два физика из США считают, что нашли способ описать поведение гранулированных материалов, приближающихся к «точке заклинивания». Исследование было опубликовано в European Physical Journal E.

«Тенденция текучих гранулированных материалов "застревать" и прекращать течение при низкой плотности — это практическая проблема, которая ограничивает скорость потока при промышленном использовании гранулированных материалов», — объясняют в своей опубликованной работе Онуттом Нараян из Калифорнийского университета и Харш Матур из Университета Кейс Вестерн Резерв в Огайо.

Эта проблема становится всё более сложной, если учесть, что речь идёт о различных материалах в таких разных отраслях, как сельское хозяйство, фармацевтика и строительство. Речь идёт о прессовании гранул в таблетки, переработке зерновых, а в гражданском строительстве — о прогнозировании поведения различных осадочных пород, на которых держатся здания.

Для моделирования Нараян и Матур использовали цифровые данные, полученные другими исследователями в ходе изучения полистироловых шариков, не испытывающих трения, в лаборатории. Пара сравнила свои моделирования бусин, приближающихся к точке заклинивания, с предсказаниями математики, разработанной в 1950-х годах — теорией случайных матриц.

В частности, Нараян и Матур изучали