Om du snurrar ett glas vin medurs, vinet inuti kommer också att rotera medurs. Men, om du gör en blåbärspannkaka och snurrar pannan medurs, pannkakan kommer att rotera moturs. Tror du oss inte? Gå och prova.

Samma sak händer med ett glas pärlor. Några pärlor kommer att rotera medurs när glaset virvlas medurs. Dock, många pärlor i ett glas när de virvlas medurs kommer att rotera moturs.

"Det är ett riktigt överraskande beteende eftersom, till skillnad från vin och pannkakor, det här är exakt samma föremål, i exakt samma situation, sa Lisa Lee, en doktorand i tillämpad fysik vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).

Lee och resten av forskargruppen började förstå fysiskt varför samlingar av partiklar beter sig så här. Som det visar sig, allt handlar om friktion.

Forskningen publicerades i Fysisk granskning E .

En grupp av pärlor är en del av en klass av material som kallas granulära media, en samling makroskopiska partiklar, som sand, snö eller en burk nötter.

Anledningen till att vin roterar medurs när det virvlas medurs medan pannkakor kommer att rotera i motsatt riktning är för att vin är en vätska, liknande granulära media under låg friktion, medan pannkakor är fasta, liknande granulatmedia under hög friktion. När en pannkakspanna virvlas, pannkakans kanter kommer att fånga kanterna på pannan och rotera den utsökta frukostmaten i motsatt riktning.

"Samlingar av makroskopiska partiklar är mycket intressanta eftersom, beroende på deras förutsättningar, de kan bete sig som en vätska eller fast substans, " sa Lee. "Sand i ett timglas, till exempel, flyter som en vätska men sand på en strand beter sig som ett fast material som stödjer din vikt."

Hur dessa föremål övergår från flytande till fast tillstånd har varit en öppen fråga i decennier.

Lee och forskargruppen fann att små grupper av pärlor hade lägre effektiv friktion än större grupper av pärlor, vilket resulterar i övergången från flytande till fast.

"En partikel som rullar i en riktning stöter på mycket liten friktion, sade Lee. "Men många partiklar, rullar åt samma håll, alla i kontakt med varandra, uppleva mycket friktion, får gruppen att stelna och ändra beteende."

Som pannkakor, denna solida grupp av virvlande partiklar tar tag i kanterna på sin behållare och börjar rotera i motsatt riktning.

Med hjälp av en datorsimulering, Lä, tillsammans med medförfattarna John Paul Ryan och Miranda Holmes-Cerfon, visade att när all friktion togs bort, partiklarna stelnade aldrig, oavsett hur många det var. Om partiklarna var grövre, de övergick snabbare från flytande till fast.

"Det här experimentet är ett intressant fall av beteenden i systemstorlek som uppstår från den lokala interaktionen mellan enskilda element, sa Shmuel Rubinstein, Docent i tillämpad fysik vid SEAS och seniorförfattare till studien. "Uppkomsten av en sammanhängande cirkulation är föremål för stort intresse nyligen, till exempel vid 2-D turbulens eller aktiva spinnare. Det är coolt att liknande fysik också kan erhållas trivialt med ett fat och en handfull kulor."