Khám phá các kiểu mẫu mới trong chuyển động của hỗn hợp dạng hạt

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Sydney, Úc đã khám phá ra các kiểu mẫu mới trong chuyển động của hỗn hợp dạng hạt, các nhà nghiên cứu hy vọng phát hiện này có thể giúp ích trong nghiên cứu thu hồi dầu khí và cô lập khí CO₂ trong lòng đất.

Kết quả của nghiên cứu này đã được đăng tải trên tạp chí Nature Communications, số ra ngày 20 tháng 4 năm 2011, bởi Tiến sĩ Bjornar Sandnes, trưởng nhóm nghiên cứu, Kết quả của nghiên cứu này đã trả lời cho câu hỏi “Điều gì sẽ xảy ra khi bạn tiêm không khí vào hỗn hợp cát và nước.” Điều  này sẽ tạo ra các hình ảnh xinh đẹp bất ngờ.

Tiến sĩ Sandnes đã tiến hành nhiều thử nghiệm, qua đó những hạt cát nhỏ xíu bị nhét vô giữa hai dương cực và được tiêm không khí vào, làm cho chúng phải chuyển động. Tiến sĩ Sandnes tiếp tục thay đổi: số lượng không khí tiêm vào và mật độ vật chất trong hỗn hợp dạng hạt, để tạo ra các mẫu mới, chưa từng được quan sát trước đây.

Hỗn hợp hạt với mật độ thấp sẽ tác dụng với lực ma sát vốn được tạo ra bởi lượng không khí tiêm vào ở mức từ thấp đến trung bình, tạo nên bong bóng trượt dính, trước khi hóa thành dòng chuyển động của hỗn hợp dạng hạt, để cuối cùng tạo ra các kiểu mẫu mới.

"Tương tác của các hạt đơn khi chúng tụ họp với nhau là cực kỳ quan trọng trong nghiên cứu này," Tiến sĩ Sandnes nói. "Nếu bạn đẩy một hạt, tác động lan truyền thông qua mạng lưới của các hạt, hay còn gọi là “lực tác động dây chuyền" , trong các dữ liệu mà chúng tôi thu thập được sau đó. Xem cách tương tác đơn giản, khi lặp đi lặp lại, có thể dẫn đến những chuyển động phức tạp trên quy mô lớn hơn.

Tiến sĩ Sandnes nói rằng: Chính sự thay đổi của dòng không khí tiêm vào đã tác dụng lực ma sát lên hỗn hợp dạng hạt, có tác dụng tạo ra các mẫu mới. Tương tác này có thể, ví dụ, do tác dụng của lực ma sát tăng lên, làm cho vật chất "nghẽn lại". Khi điều này xảy ra, áp suất không khí phải được đẩy mạnh để khởi động lại dòng chuyển động của hỗn hợp dạng hạt, dẫn đến việc mở rộng lặp đi lặp lại của các bong bóng lớn trong hỗn hợp dạng hạt. Các loại ngũ cốc sau khi được đóng gói chặt chẽ, đòi hỏi phải được đặt trong môi trường áp suất cao có không khí đi qua, bởi vì không khí đi qua sẽ uốn nắn lại các dòng chuyển động đột ngột của các hạt ngũ cốc. Các thí nghiệm khác như "các ngón tay ma sát" và "san hô" cũng tạo một loạt các cấu trúc chuyển động khác.
 
"Thay thế các thành phần đơn giản được sử dụng trong nghiên cứu này, bằng cách cung cấp một công thức cho nghiên cứu một loạt các quy trình liên quan: để thu hồi dầu và khí đốt, cô lập và chôn vùi khí CO₂ trong lòng đất, và công nghiệp chế biến bột nhão, hồ xi măng, và cố định vật chất dạng hạt," theo Tiến sĩ Sandnes.

"Trong khi công việc của chúng tôi là phát triển một sự hiểu biết về vật lý, và các tác động đối với ngành công nghiệp chế biến, nhưng chắc chắn là, bạn không thể không ngạc nhiên trước vẻ đẹp rạng rỡ của những bức vẽ nghệ thuật được tạo ra một cách tình cờ bởi chúng tôi"

Tiến sĩ Sandnes là giảng viên thính giảng tại Khoa Kỹ thuật và Công nghệ thông tin, Đại học Sydney, Úc. Đồng tác giả của nghiên cứu trên với Tiến sĩ Sandnes, là các đồng nghiệp của ông, làm việc tại Đại học Sydney và Đại học Oslo, Na Uy.