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Il mistero del flusso di sabbia attraverso una clessidra
I fisici sanno da tempo che il flusso della sabbia attraverso una clessidra è completamente diverso dal flusso del liquido. Nel caso di un liquido, la velocità di scarico dipende dalla pressione all'apertura che è determinata dall'altezza del liquido sopra.
Ma le cose sono diverse nei media granulari. Nel 1895, un ingegnere tedesco di nome Janssen scoprì che la pressione sul fondo di un contenitore di granuli non dipende dall'altezza dei grani sovrastanti. Ragionò che i grani formano catene e ponti che trasmettono il loro peso al lato del contenitore dove sono sostenuti dall'attrito. Quindi la pressione aumenta asintoticamente con la profondità fino a una soglia.
Infatti, se l'altezza dei granuli è doppia rispetto alla larghezza del contenitore, la pressione sul fondo è effettivamente costante. È questa pressione di fondo costante che Janssen e altri hanno sempre ipotizzato determina il flusso di massa fuori dall'apertura in una clessidra.
Non è così, affermano Maria Aguirre dell'Università di Buenos Aires in Argentina e alcuni amici che hanno condotto un esperimento per testare questa idea.
La loro idea è di eliminare la gravità dall'equazione posizionando i granuli, o in questo caso piccoli dischi, su un nastro trasportatore che li trasporta attraverso un'apertura (vedi schema sopra). Ciò consente loro di alterare la velocità di uscita dei dischi attraverso l'apertura modificando la velocità del nastro.
I risultati sorprendono: mostrano che a parità di pressione di fondo è possibile ottenere portate diverse semplicemente variando la velocità del nastro trasportatore. Ciò significa che è la velocità dei dischi a determinare la portata, non la pressione di fondo.
Questo è un risultato sottile ma importante. L'effetto di Janssen è stato studiato in dettaglio per più di 50 anni senza che nessuno metta in discussione il pensiero dietro di esso.
E potrebbe avere interessanti applicazioni pratiche. Il nuovo lavoro suggerisce che dovrebbe essere possibile aumentare il flusso di particelle attraverso un'apertura aumentando la loro velocità attraverso di essa. Questo potrebbe essere fatto con campi elettrici, ad esempio, o con nastri trasportatori solidi o liquidi come quelli utilizzati dalla squadra argentina.
Ciò dovrebbe essere utile nelle numerose industrie in cui le particelle devono essere mescolate insieme in modo ripetibile, come l'industria alimentare, farmaceutica e delle costruzioni.
Ma per chi è preoccupato per le uova alla coque, non dovrebbe influenzare il flusso di sabbia attraverso una clessidra.
Rif: arxiv.org/abs/1005.2884 : Indipendenza dalla pressione del flusso granulare attraverso un'apertura