Bu sıra dışı kum tanecikleri, yokuş yukarı ve duvarlara tırmanabiliyor

Kum saatinden kumsaldaki kum tepelerine kadar, kumun yokuş aşağı akabildiğini bilmekteyiz. Tanecikli (granüler) malzemeler organik olarak bu biçimde davranır. Sadece araştırmacılar bu en gerekli prensibi göz ardı eden tanecikli bir araç-gereç yaratmanın mümkün bulunduğunu keşfettiler: Yokuş yukarı akan, merdivenlere ve duvarlara tırmanan kum benzeri bir madde.

Pek oldukca etkisinde bırakan bulgu benzer biçimde, bu bulgu de rastlantı eseri ortaya çıktı. Kafa yazar Dr. Samuel Wilson-Whitford, demir oksitle kaplanmış polimer parçacıklarıyla dolu bir şişenin altındaki mıknatısı döndürdüğünde garip hareketleri ayrım etti. Mıknatıs olmadan kuma benzemekte rastgele bir ortam benzer biçimde devinim ediyorlardı ve tanecikli akış denklemlerinin beklediği benzer biçimde davranıyorlardı. Sadece manyetik alan her şeyi değiştiriyordu.

Lehigh Üniversitesi’nden ortak yazar Profesör James Gilchrist, mevzu, bahis hakkında yapmış olduğu açıklamada “tanecikli malzemelerin akışını tanımlayan denklemler kullanıldıktan sonrasında, bu parçacıkların yokuş yukarı akmaları haricinde hakkaten de granüler bir araç-gereç benzer biçimde devinim ettiklerini kati olarak gösterebildik” dedi.

Hareketi izah etmek için ekibin detaylı akış denklemlerinde çeşitli benzersiz değişimler yapması gerekti. Malzemede çökmeden yaratılabilecek en dik iniş açısı olan durma açısının negatif olması gerekiyordu. Sürtünme katsayısının da negatif olması gerekiyordu.

Gilchrist, “şimdiye kadar asla kimse bu tarz şeyleri kullanmazdı” diyor ve ekliyor. “Bunlar yoktu. Sadece bu taneciklerin nasıl yokuş yukarı aktığını idrak etmek için onların o yönde devinim etmesine yol açan gerilimlerin ne işe yaradığını hesapladık. Negatif bir durma açınız var ise, negatif bir sürtünme katsayısı vermek için kohezyona haiz olmanız gerekmektedir. Granüler akış denklemleri hiçbir süre bu tarz şeyleri dikkate alabilmek için türetilmedi, sadece hesaplandıktan sonrasında ortaya negatif olarak görünen bir sürtünme katsayısı çıktı.”

Mikro silindirler olarak isimlendirilen bu maddelerin mantık dışı hareketinin sebebi olarak manyetik alan gösteriliyor. Manyetik alan, parçacıkların dönmeye başlaması için bir tork yaratıyor ve parçacıkların bir süreliğine birbirine yapışması için kohezyon (tutunma) üretiliyor. Daha kuvvetli bir manyetik alan, kohezyonu artırarak onlara daha çok çekiş kuvveti kazandırıyor ve böylece yokuş yukarı daha süratli çıkabilmeleri sağlanıyor. Araştırmacılar, bu biçimde malzemeyi minik merdivenlerden yukarı çıkarmayı başardı.

Gilchrist, “bu ilk yazı bir tek malzemenin yokuş yukarı nasıl aktığına odaklanıyor, sadece sonraki birkaç makalemiz uygulamalara bakacak ve bu araştırmanın bir kısmı şu suali yanıtlayacak: Bu mikro silindirler engellere tırmanabilir mi? Ve yanıt evet” diyor ve devam ediyor: “Bu parçacıkları nihayet noktasına kadar inceliyoruz. Toplu hareketlerini daha iyi idrak etmek için değişik dönme hızları ve değişik miktarlardaki manyetik kuvvetlerle deneyler yapıyoruz. Yayınlayacağımız sonraki 14 yazının başlıklarını en gerekli olarak biliyorum.”

Emek verme Nature Communications dergisinde gösterildi.