Seguimiento de alta velocidad de ruptura y agrupación en flujos granulares de caída libre

Área de la Ciencia:

• Física Física es la física de las cosas.
• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Dinámica de fluidos La dinámica de fluidos.

Sus antecedentes:

• La inestabilidad de Plateau-Rayleigh impulsada por la tensión superficial hace que las corrientes de líquido se rompan en gotas.
• Las corrientes de material granular exhiben agrupaciones similares, pero el mecanismo subyacente no está claro.
• Estudios previos sobre las corrientes granulares carecían de observación de la evolución de la inestabilidad completa.

Objetivo del estudio:

• Para investigar el mecanismo detrás de la agrupación de flujos de material granular seco.
• Para identificar las fuerzas que impulsan la formación de racimos en flujos granulares.
• Para comparar la inestabilidad de la corriente granular con la ruptura del chorro de líquido.

Principales métodos:

• Imágenes de video de alta velocidad de flujos granulares en un marco en movimiento conjunto.
• Experimentos controlados variando las propiedades de la superficie del grano.
• Microscopía de fuerza atómica para medir las fuerzas de cohesión intergranulares.

Principales resultados:

• La formación de cúmulos en corrientes granulares es impulsada por las fuerzas de cohesión de nanoNewton.
• Estas fuerzas resultan de las interacciones de van der Waals y los puentes capilares entre las asperidades superficiales.
• Las fuerzas de cohesión medidas equivalen a una tensión superficial cinco órdenes de magnitud inferior a la de los líquidos.
• Los grupos granulares resultantes se asemejan a las gotas de la ruptura del nanojet líquido.

Conclusiones:

• Las minúsculas fuerzas de cohesión, no la tensión superficial, impulsan la ruptura de la corriente granular.
• El mecanismo de inestabilidad de Plateau-Rayleigh puede aplicarse a flujos de partículas macroscópicas.
• Este hallazgo cierra la brecha entre las inestabilidades de flujo líquido y granular.