Bu sıra dışı kum tanecikleri, yokuş üst ve duvarlara tırmanabiliyor

Kum saatinden kumsaldaki kum doruklarına kadar, kumun yokuş aşağı akabildiğini biliyoruz. Tanecikli (granüler) gereçler doğal olarak bu halde davranır. Fakat araştırmacılar bu temel prensibi göz gerisi eden tanecikli bir gereç yaratmanın mümkün olduğunu keşfettiler: Yokuş üst akan, merdivenlere ve duvarlara tırmanan kum gibisi bir unsur.

Pek çok etkileyici keşif üzere, bu keşif de tesadüf yapıtı ortaya çıktı. Baş müellif Dr. Samuel Wilson-Whitford, demir oksitle kaplanmış polimer parçacıklarıyla dolu bir şişenin altındaki mıknatısı döndürdüğünde tuhaf hareketleri fark etti. Mıknatıs olmadan kuma emsal rastgele bir ortam üzere hareket ediyorlardı ve tanecikli akış denklemlerinin beklediği üzere davranıyorlardı. Ancak manyetik alan her şeyi değiştiriyordu.

Lehigh Üniversitesi’nden ortak muharrir Profesör James Gilchrist, bahis hakkında yaptığı açıklamada “tanecikli materyallerin akışını tanımlayan denklemler kullanıldıktan sonra, bu parçacıkların yokuş üst akmaları dışında hakikaten de granüler bir materyal üzere hareket ettiklerini kesin olarak gösterebildik” dedi.

Hareketi açıklamak için takımın detaylı akış denklemlerinde kimi eşsiz değişiklikler yapması gerekti. Gereçte çökmeden yaratılabilecek en dik iniş açısı olan durma açısının negatif olması gerekiyordu. Sürtünme katsayısının da negatif olması gerekiyordu.

Gilchrist, “şimdiye kadar hiç kimse bunları kullanmazdı” diyor ve ekliyor. “Bunlar yoktu. Lakin bu taneciklerin nasıl yokuş üst aktığını anlamak için onların o tarafta hareket etmesine neden olan tansiyonların ne olduğunu hesapladık. Negatif bir durma açınız varsa, negatif bir sürtünme katsayısı vermek için kohezyona sahip olmanız gerekir. Granüler akış denklemleri hiçbir vakit bunları dikkate almak için türetilmedi, lakin hesaplandıktan sonra ortaya negatif olarak görünen bir sürtünme katsayısı çıktı.”

Mikro silindirler olarak isimlendirilen bu unsurların mantık dışı hareketinin nedeni olarak manyetik alan gösteriliyor. Manyetik alan, parçacıkların dönmeye başlaması için bir tork yaratıyor ve parçacıkların bir müddetliğine birbirine yapışması için kohezyon (tutunma) üretiliyor. Daha güçlü bir manyetik alan, kohezyonu artırarak onlara daha fazla çekiş gücü kazandırıyor ve böylelikle yokuş üst daha süratli çıkabilmeleri sağlanıyor. Araştırmacılar, bu halde malzemeyi küçük merdivenlerden üst çıkarmayı başardı.

Gilchrist, “bu birinci makale yalnızca gerecin yokuş üst nasıl aktığına odaklanıyor, lakin sonraki birkaç makalemiz uygulamalara bakacak ve bu araştırmanın bir kısmı şu soruyu yanıtlayacak: Bu mikro silindirler pürüzlere tırmanabilir mi? Ve karşılık evet” diyor ve devam ediyor: “Bu parçacıkları son noktasına kadar inceliyoruz. Toplu hareketlerini daha düzgün anlamak için farklı dönme suratları ve farklı ölçülerdeki manyetik kuvvetlerle deneyler yapıyoruz. Yayınlayacağımız sonraki 14 makalenin başlıklarını temel olarak biliyorum.”

Çalışma Nature Communications mecmuasında yayınlandı.