Materiali granulari , come sabbia, ghiaia e riso, sono ovunque intorno a noi. Sono utilizzati in tutto, dall'edilizia alla produzione alimentare. Ma nonostante la loro ubiquità, non comprendiamo ancora del tutto come si comportano.

Una delle proprietà più interessanti dei materiali granulari è la loro capacità di auto-organizzarsi. Quando un materiale granulare viene versato in un contenitore, alla fine si depositerà in una configurazione stabile. Questa configurazione è spesso caratterizzata dalla formazione di archi e volte, che contribuiscono a sostenere il peso del materiale.

Come riescono i materiali granulari a formare queste strutture? Un nuovo studio condotto da ricercatori dell’Università di Amsterdam fornisce alcune informazioni. Lo studio, che è stato pubblicato sulla rivista Nature Physics , mostra che i materiali granulari sono in grado di auto-organizzarsi utilizzando un processo chiamato convezione granulare .

La convezione granulare è un processo in cui il calore viene trasferito attraverso un materiale granulare mediante il movimento delle sue particelle. Quando un materiale granulare viene riscaldato, le particelle sul fondo del contenitore diventeranno più calde di quelle sulla parte superiore. Questa differenza di temperatura fa sì che le particelle nella parte inferiore si alzino, mentre le particelle nella parte superiore scendano. Questo movimento di particelle crea un flusso convettivo che aiuta a distribuire il calore in tutto il materiale.

I ricercatori hanno scoperto che la convezione granulare può anche aiutare ad auto-organizzare i materiali granulari. Quando un materiale granulare viene riscaldato, il flusso convettivo farà sì che le particelle si muovano e si riorganizzino. Questo riassetto può portare alla formazione di archi e volte, che contribuiscono a sostenere il peso del materiale.

Le scoperte dei ricercatori potrebbero avere importanti implicazioni per la progettazione di strutture che utilizzano materiali granulari. Comprendendo come i materiali granulari si auto-organizzano, gli ingegneri potrebbero progettare strutture più stabili e con meno probabilità di collasso.

Come i materiali granulari si risolvono da un ingorgo

Quando un materiale granulare è confinato, come in un silo o in una tramoggia, può incepparsi. Ciò accade quando le particelle sono così fitte che non possono più muoversi. Gli inceppamenti possono causare problemi in ambienti industriali, ad esempio quando impediscono ai materiali di fuoriuscire da un silo.

I ricercatori hanno scoperto che la convezione granulare può anche aiutare ad alleviare gli inceppamenti. Quando un materiale granulare viene riscaldato, il flusso convettivo farà sì che le particelle si muovano e si riorganizzino. Questo riarrangiamento può portare alla formazione di canali e percorsi che consentono al materiale di fluire.

Le scoperte dei ricercatori potrebbero avere importanti implicazioni per la progettazione di apparecchiature industriali che gestiscono materiali granulari. Comprendendo come i materiali granulari riescono a uscire da un inceppamento, gli ingegneri potrebbero progettare apparecchiature che hanno meno probabilità di incepparsi e sono più efficienti.