مطالعه‌ی حرکت اجسام در شاره‌ها در حالت بی‌وزنی (محیط‌های با گرانش صفر)٬ می‌تواند دریچه‌ای برای پژوهش‌های فضایی باشد. در این پژوهش٬ با استفاده از شبیه‌سازی٬ حرکت دو گلوله‌ی فلزیِ کوچک در شرایط گرانش صفر٬ بررسی می‌شود.

به نظر می‌رسد ذراتی که در حالتِ بی‌وزنی در شاره شناورند، آزادانه به هر مکانی که تمایل دارند حرکت می‌کنند. این در صورتی است که ذرات معلق شده به واسطه‌ی نیرو‌های شاره‌ایی خود را سازماندهی می‌کنند. در نشریه‌ی Physical Review Letter آزمایشِ جدید‌ی شرح داده شده٬ که در آن برهمکنشِ هیدرودینامیکی بین دو گلوله‌ی فلزی کوچک بررسی می‌شود. این دو گلوله در محیطی که گرانش توسط نیروی مغناطیسی حذف شده است٬ آویخته می‌شوند (از آن‌جایی که گلوله‌ها فلزی‌اند نیروی مغناطیسی اثر نیروی گرانشی را از بین می‌برد). با تکان دادنِ سیستم٬ گلوله‌ها به علتِ جاذبه‌ی متقابل به سمتِ هم حرکت می‌کنند. با افزایشِ تکان دادن٬ این حرکت به صورت رقص دورانی در می‌آید. نویسندگان این مقاله باور دارند که این پدیده می‌تواند درگاهی برای مطالعه‌ی مخلوط‌های شاره-ذره‌ای در محیط‌های بی‌گرانش شود.

R. J. A. Hill/University of Nottingham

بر روی زمین، ذراتی که در یک شاره معلق‌اند به طور عام٬ در عمقی که بین نیروی شناوری و گرانش تعادل به وجود می‌آید، محبوس می‌شوند، پس مطالعه‌ی خودسازماندهیِ‌شان اغلب به دوبعد محدود می‌شود. در شرایط واقعی در گرانش صفر، مثل حالتی که بر روی ایستگاه بین‌المللی فضایی وجود دارد، ذرات معلق در سه بعد وجود دارند. با این وجود٬ آزمایش‌های کمی است که به بررسی تاثیر نیروهای هیدرودینامیکی در این محیط پرداخته‌اند.

برای بازسازیِ بک محیط واقعی با جاذبه‌ی صفر بر روی زمین، هکتور پاچکو مارتینز (Hector Pacheco-Martinez) و همکارانش از دانشگاهِ ناتینگهام در بریتانیا، از یک میدانِ متغیرِ مغناطیسیِ قوی استفاده کردند که می‌تواند ذرات کوچک را معلق نگه دارد. این همان چیزی است که در پژوهش‌های قبلی نشان داده شده است. در این آزمایش٬ این تیم٬ سلول پر شده از شاره را که حاوی دو کره در ابعاد میلیمتر است، درون سیستم مغناطیسی 1 تسلای خود قرار دادند. برای ایجادِ جریانِ شاره‌ای، سلول را با سرعت در حدودِ یک هرتز به سمت بالا و پایین تکان دادند. در پاسخ٬ گلوله‌ها تا زمانی که از کنار با هم تماس برقرار کنند٬ به سمت هم حرکت کردند. با افزایش دامنه‌ی تکان، تیم مشاهده کرد که هر یک از گلوله‌ها در صفحه‌ی افقی به دور گلوله‌ی دیگر دوران می‌کند (صفحه ی عمود به جهتِ تکان دادن). پژوهش‌گران همچنین با استفاده از شبیه‌سازی رایانه‌ای نشان دادند که این دوران ناشی از گرداب‌های شاره‌ای است که در نقاط تماس بین گلوله‌ها شکل می‌گیرد.

منبع

http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.110.154501

مرجع

http://prl.aps.org/abstract/PRL/v110/i15/e154501