Пузыри из песка: ученые нарушили законы физики

Механика перемещения мелких частиц является частью многих природных явлений, от оползней до вулканов, и множества промышленных процессов, от фармацевтического производства до улавливания углерода. По многим свойствам сыпучее вещество напоминает жидкость (например — дюны, лавины и зыбучие пески), но физика, лежащая в основе его характеристик, не так прозрачна.

Недавнее открытие инженеров-химиков из Columbia Engineering объясняет новые свойства гранулированных частиц различной плотности, не наблюдаемые в жидкостях. Как выяснилось, когда более легкие зерна поднимаются наверх, более тяжелые остаются внизу. Частицы ведут себя, например, как масло и вода: более легкая жидкость отталкивает более тяжелую и стремится наверх.

Исследование демонстрирует, что «пузырьки» из более легкого песка образуются и поднимаются через более тяжелый песок при вертикальной вибрации — аналогично с пузырьками, которые образуются и поднимаются наверх в лавовых лампах. Точно так же, как пузырьки воздуха поднимаются в воде, поскольку они легче воды и не могут с ней смешаться, пузырьки легкого песка поднимаются через более тяжелый песок, даже если они сильно перемешаны.

Результаты исследования могут не только объяснить геологические формации и процессы, лежащие в основе месторождений полезных ископаемых, но также могут быть использованы в технологиях обработки порошка в энергетике, строительстве и фармацевтике.