پژوهشگران آمریکایی با استفاده از یک نوع سطح توانسته‌اند جریانی از سکه‌ها همانند یک مایع پدید آورند.

چگونه سکه‌ها مانند یک مایع جریان می‌یابند

افزایش اصطکاک در بخشی از یک سیستم می‌تواند مقدار آن را در جای دیگری از سیستم کاهش دهد. این نتیجه‌ی به ظاهر تناقض‌آمیزی است که یاسینول کریم (Yasinul Karim) و اریک کروین (Eric Corwin) از دانشگاه اورگن آمریکا به آن دست یافته‌اند. آن‌ها این نتیجه را با آزمایشی ساده که در آن سکه‌ها روی یک تسمه‌ نقاله‌ حرکت می‌کنند، بدست آورده‌ و نشان داده‌اند که اصطکاک بین تسمه‌ نقاله و سکه‌ها می‌تواند اصطکاک بین سکه‌ها و دیواره را به طور کامل از بین ببرد.

این یافته‌ها می‌تواند در بهبود چگونگی انتقال مواد دانه‌ای توسط تسمه در صنعت و همچنین استخراج زغال‌سنگ و داروسازی کاربرد داشته باشد. حتی ممکن است در شبیه‌سازی اثرات جاذبه و مدیریت ترافیک سودمند واقع گردد.

اصطکاک وزن را حمل می‌کند

در یک ظرف پر از مایع، نیرویی که مایع رو به پایین وارد می‌کند، با ارتفاع مایع به طور خطی افزایش می‌یابد. اگرچه مواد دانه‌ای پدیده‌ای به نام اثر جانسن (Janssen effect) را نشان می‌دهند که در آن اصطکاک بین مواد و سطح، اجازه می‌دهد تا لبه‌‌های ظرف بخشی از وزن را تحمل کنند. با افزایش ارتفاع ماده‌ی درون ظرف، روند افزایش نیروی رو به پایین کند می‌شود تا اینکه با اضافه کردن ماده‌ی بیشتری به ظرف، دیگری هیچ تغییری در آن ایجاد نمی‌شود.

فیزیک‌پیشگان اورگن به شیوه‌ای متفاوت به این مسئله پرداخته‌اند. آن‌ها سکه‌ها را روی تسمه نقاله‌ای پهن کردند و آن را با دو دیوار موازی در جهت حرکت و یک دیوار در انتهای جریان نقاله محصور ساختند (شکل را ببینید). اثر جاذبه با روشن کردن تسمه نقاله و هل دادن سکه‌ها به سمت دیوار انتها شبیه‌سازی می‌شود. تغییر نیرو روی این دیوار به واسطه‌ی اضافه کردن تعداد سکه‌ها از طریق حسگری کنترل می‌شود.

پول همانند یک مایع

نیروی اندازه‌گیری شده به طور خطی با تعداد سکه‌های اضافه شده افزایش می‌یابد و این نشان می‌دهد که بر خلاف وضعیت عمودی، سیستم دانه‌ای دقیقاً مانند یک مایع عمل می‌کند. آن‌ها معتقدند اصطکاک بین سکه‌ها و تسمه باعث می‌شود تا سکه‌ها شروع به ارتعاش کنند. این ارتعاش اصطکاک بین سکه‌ها و دیواره‌های کناری را حذف می‌کند. در نتیجه از تحمل هر نیروی رو به سمت جلو توسط دیواره‌های کناری ممانعت به عمل می‌آورد. بنابراین همه‌ی نیروی روی سکه‌ها مستقیماً به سمت دیواره‌ی پایینی انتقال می‌یابد. کروین یک مقایسه انجام می‌دهد: «اگر شما یک تکه آجر را روی یک تخته چوب قرار دهید و آن را در یک زاویه‌ی خاص نگه دارید، آجر به دلیل اصطکاک بین آن دو نمی‌تواند لیز بخورد؛ اما اگر آجر را روی تخته چوب پرت کنید یا آن را تکان دهید اجازه می‌دهید تا آجر شروع به سر خوردن کند.» به همین ترتیب حضور نوعی اصطکاک، دیگری را حذف می‌کند.

پژوهشگران دریافتند که اگر یک الگوی دندان‌اره‌ای به دیواره‌هایی که با سکه‌ها در لبه‌ها اتصال دارند اضافه کنند، این اصطکاک ماکروسکوپی با ارتعاش حذف نمی‌شود و نوعی از اثر جانسن مشاهده می‌شود که در آن اندازه نیرو در پایین‌ جریان از طریق اضافه شدن سکه‌ها  دچار تغییر نمی‌شود.

به گفته‌ی یکی از خوانندگان مقاله، سیستم آن‌ها این اجازه را می‌دهد تا گرانش به طور دو بعدی شبیه‌سازی شود. جریان ترافیک نیز که اساساً مشابه یک سیستم دانه‌ای است می‌تواند از این طریق مورد بررسی قرار گیرد.

در کار جدید کروین و کریم تصمیم دارند یک حالت دینامیکی را مورد بررسی قرار ‌دهند که در آن اشیاء روی تسمه در حال حرکتند.

منبع: Physicists create frictionless flow by adding more friction