Bu sıra dışı kum tanecikleri, yokuş yukarı ve duvarlara tırmanabiliyor

Kum saatinden kumsaldaki kum tepelerine kadar, kumun yokuş aşağı akabildiğini biliyoruz. Tanecikli (granüler) malzemeler doğal olarak bu şekilde davranır. Ancak araştırmacılar bu temel prensibi göz ardı eden tanecikli bir malzeme yaratmanın mümkün olduğunu keşfettiler: Yokuş yukarı akan, merdivenlere ve duvarlara tırmanan kum benzeri bir madde.

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

Lehigh Üniversitesi’nden ortak yazar Profesör James Gilchrist, konu hakkında yaptığı açıklamada “tanecikli malzemelerin akışını tanımlayan denklemler kullanıldıktan sonra, bu parçacıkların yokuş yukarı akmaları dışında gerçekten de granüler bir malzeme gibi hareket ettiklerini kesin olarak gösterebildik” dedi.

Hareketi açıklamak için ekibin ayrıntılı akış denklemlerinde bazı benzersiz değişiklikler yapması gerekti. Malzemede 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. Ancak bu taneciklerin nasıl yokuş yukarı aktığını anlamak için onların o yönde hareket etmesine neden olan gerilimlerin ne olduğunu hesapladık. Negatif bir durma açınız varsa, negatif bir sürtünme katsayısı vermek için kohezyona sahip olmanız gerekir. Granüler akış denklemleri hiçbir zaman bunları dikkate almak için türetilmedi, ancak hesaplandıktan sonra ortaya negatif olarak görünen bir sürtünme katsayısı çıktı.”

Mikro silindirler olarak adlandırılan bu maddelerin mantık dışı hareketinin nedeni olarak manyetik alan gösteriliyor. Manyetik alan, parçacıkların dönmeye başlaması için bir tork yaratıyor ve parçacıkların bir süreliğine birbirine yapışması için kohezyon (tutunma) üretiliyor. Daha güçlü bir manyetik alan, kohezyonu artırarak onlara daha fazla çekiş gücü kazandırıyor ve böylece yokuş yukarı daha hızlı çıkabilmeleri sağlanıyor. Araştırmacılar, bu şekilde malzemeyi küçük merdivenlerden yukarı çıkarmayı başardı.

Gilchrist, “bu ilk makale sadece malzemenin yokuş yukarı nasıl aktığına odaklanıyor, ancak sonraki birkaç makalemiz uygulamalara bakacak ve bu araştırmanın bir kısmı şu soruyu yanıtlayacak: Bu mikro silindirler engellere tırmanabilir mi? Ve cevap evet” diyor ve devam ediyor: “Bu parçacıkları son noktasına kadar inceliyoruz. Toplu hareketlerini daha iyi anlamak için farklı dönme hızları ve farklı miktarlardaki manyetik kuvvetlerle deneyler yapıyoruz. Yayınlayacağımız sonraki 14 makalenin başlıklarını temel olarak biliyorum.”

Çalışma Nature Communications dergisinde yayınlandı.