بررسی ساختار و رفتار جالب مواد گرانولی

ماده معمولا به جامدات، مایعات و گازها دسته بندی می‌شود. اما در مورد شن و ماسه خشک چه می‌گویید؟ جریان شن های یک ساعت شنی را درنظر بگیرید. کمی طول می‌کشد ولی بالاخره به شکل ظرف خود در می آید، همان کاری که مایعات انجام می‌دهند. دانه شن البته یک جامد است، اما تعداد زیادی از دانه ها با هم مواد گرانولی (دانه ای) با خواص کاملا متفاوت هستند.

این عکس گروهی از توده های ماسه را نشان می‌دهد. اگر شن و ماسه به آرامی بر روی سطح ریخته شود، توده رشد خواهد کرد تا زمانی که شیب آن به زاویه بحرانی (باتوجه به اندازه و چسبندگی دانه) می‌رسد. فراتر از زاویه بحرانی، نوعی آوالانچ (نزول ناگهانی و عظیم) رخ می‌دهد.

بسیاری از محصولات اساسی، از جمله انواع مصالح ساختمانی، مواد شیمیایی، دارو و غذا، گرانولی هستند. با توجه به خواص مواد گرانولی، بسیاری از بافت‌های گرانولی می‌توانند به صورت ناکارآمد عمل کنند و گاهی اوقات تجربه شکست فاجعه باری را نشان دهند.

با استفاده از شن مرطوب می‌توان مجسمه های شنی فوق العاده ای تشکیل داد. اما با اضافه کردن آب، بمجسمه های شنی بیش از حد ضعیف می‌شوند و دیگر نمی‌توانند استحکام خود را حفظ کنند.

فراتر از اهمیت عملی مواد گرانولی، فیزیکدانان علاقه زیادی به این مواد دارند، زیرا آنها یک فرم غیر معمول از ماده با خواص جالب توجه هستند که هنوز به طور کامل درک نشده اند. گرانش یک نیروی رو به پایین به هر ذره اعمال می‌کند. اصطکاک بین ذرات بستگی به اندازه و ماهیت ذرات و همچنین محیط بین ذرات دارد.

چون در مواد گرانول تماس و برخورد ذرات با هم در تعیین این که چه اتفاقی می افتد، بسیار مهم است، به آنها سیستم های “جمعی” می‌گویند. به عنوان مثال، در توده ماسه هر ذره تنها با چند ذره دیگر برخورد دارد، اما این فعل و انفعالات “برد کوتاه” تعیین می‌کند که چه اتفاقی در کل توده بیافتد. می‌توان توده های ماسه را به عنوان یک مدل رفتاری نیز درنظر گرفت، برای مثال، سلول ها را در یک کلونی یا کارگران در اقتصاد. جستجو برای یافتن مفاهیم کلی و گسترده، کمک خواهد کرد که فیزیکدانان توضیحی برای سیستم های جمعی بیابند.