Ett litet team av fysiker och maskiningenjörer från Universidad de Antofagasta, Universidad Autónoma de Chile och Universidad de O'Higgins, alla i Chile, har hittat ett sätt att hitta stabilitetspunkterna för granulärt arrangerade monolager i en enda hög med lutande sluttningar.

I deras studie, publicerad i tidskriften Physical Review E , använde gruppen datorsimuleringar för att modellera sfärer, som apelsiner, staplade med olika lutningskanter för att upptäcka punkten där högen kommer att kollapsa när en eller flera av sfärerna tas bort från en kant.

Många livsmedelsbutiker ställer ut frukt till försäljning genom att sätta ihop högar som syftar till att visa upp sin läckerhet. Sådana högar tenderar att ha sluttande kanter, vilket ger en övergripande bild av instabilitet - oförsiktiga shoppare som tar en enda apelsin från fel del av högen kan orsaka en kollaps med frukt som rullar från hyllan och ner på golvet. I denna nya ansträngning hittade forskargruppen vändpunkterna för sådana högar.

Forskarna skapade simuleringar som visar staplade sfärer av olika storlekar staplade med varierande kantlutningar och körde dem under flera konfigurationer, från blygsamma sluttningar till extrema. De fann att sfärer staplade med extrema sluttningar verkligen kan kollapsa om bara en enda sfär tas bort från den sluttande kanten. De fann också att för blygsamma sluttningar kan nästan vilket antal sfärer som helst tas bort utan att orsaka en kollaps. Det var däremellan sådana ytterligheter som det blev svårare att förutse.

Att långsamt öka lutningsvinkeln, fann de, ledde till situationer där borttagning av flera sfärer snarare än bara en kunde resultera i kollaps. De beräknade också att under genomsnittliga omständigheter, som de som vanligtvis finns i en livsmedelsbutik, måste upp till 10 % av sfärerna (till exempel äpplen, apelsiner eller grapefrukt) tas bort innan en kollaps. Det är därför osannolikt att en enskild shoppare kommer att framkalla en kollaps om de bara tar bort en bit frukt – om inte flera shoppare före dem har gjort detsamma från samma plats.

Forskarna planerar att fortsätta sitt arbete och undersöka andra möjliga kollapsscenarier i den verkliga världen, såsom högar av stenar av olika storlekar.

Mer information: Eduardo Rojas et al, Stability of a tilted granular monolayer:How many spheres can we pick before the kollaps?, Physical Review E (2023). DOI:10.1103/PhysRevE.108.064904. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2206.03016

Journalinformation: Fysisk granskning E , arXiv

© 2024 Science X Network