حرکت دانه‌هایی همانند دانه‌های شن‌، حرکتی روزمره است اما فیزیک این جریان‌ها هنوز نیز نامعلوم است. محققان با قرار دادن توده‌هایی از دانه‌های شیشه درون یک هواپیما، تاثیر گرانش را بر این جریان‌های همرفتی آزموده‌اند.

دانه‌ها، همانند دانه‌های یک تپه‌ی شنی، گاه با یک جریان همرفت بالا و پایین توده را با هم مخلوط می‌کنند. این همرفت به خاطر گرادیان دمایی نیست (آن‌طور که در سیالات رخ می‌دهد) اما سازوکار واقعی آن هنوز نامعلوم است. آزمایش‌های جدید در محیط پرواز سهموی نشان می‌دهد که به خاطر تنظیم نیروهای اصطکاکی، گرانش نقشی فعال در همرفت دانه‌ای دارد. نویسندگان درک بهتر از نقش گرانش در اختلاط دانه را در کاربردهای صنعتی و مطالعات زمین‌شناسی سیارک‌های با گرانش کم مفید می‌دانند.

اما چگونگی حرکت دانه‌ها در یک رانش زمین یا کارخانه تولید دارو هنوز هم مشخص نیست. مطالعات قبلی نشان داده‌اند که امکان ایجاد جریان‌های همرفتی خودبخودی در دانه‌ها وجود دارد که‌ می‌تواند ذرات با اندازه متفاوت را تفکیک کند. نظریات خاصی پیشنهاد می‌دهند که گرانش این جریان‌ها را باعث می‌شود اما هنوز مدرک تجربی وجود ندارد.

برای محک نقش گرانش، نائومی مورداک (Naomi Murdoch) از رصدخانه Côte d’Azur در فرانسه و همکارانش آزمایش دانه‌ای استانداردی را روی هواپیمایی قرار دادند که به شکل سهمی بالا و پایین می‌رفت.

گرانش موثر روی عرشه از g ۰.۰۱ تا g ۱.۸ تغییر کرد. دانه‌ها (شیشه‌هایی ۳ میلی‌متری) درون ظرف حلقوی ریخته شده بودند که دیواره‌ی درونی آن دارای پیچ‌خوردگی شده بود. دوران، باعث نیروی برشی روی دانه‌ها و قطع ارتباط اصطکاکی بعضی از آن‌ها با همسایه‌هایشان می‌شود که در نهایت موقعیت آن‌ها را تغییر می‌دهد. جهت این بازآرایش‌ها اکثرا [جهت] دوران را دنبال می‌کنند اما وقتی گرانش «روشن» می‌شود، گروه جریان درونسویی مشاهده کرد که آن را بخشی از حلقه همرفتی می‌داند. ‌وقتی گرانش خاموش می‌شود جریان هم از بین می‌رود. نویسندگان توضیح می‌دهند که گرانش با ایجاد گرادیان در اصطکاک روی دانه‌های مختلف، همرفت را هدایت می‌کند؛ بنابراین بازآرایی‌ها بیشتر در نزدیکی سطح بالایی رخ می‌دهد.

منبع: Grain Flow Relies on Gravity

مرجع:

·       Granular Convection in Microgravity, N. Murdoch, B. Rozitis, K. Nordstrom, S. F. Green, P. Michel, T.-L. de Lophem, and W. Losert, Phys. Rev. Lett. 110, 018307 (2013)