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| Un extraño experimento hace que "arena" recubierta de hierro suba por una colina. (Universidad de Lehigh) |
Sólo los granos cercanos a la superficie de la arena se mueven cuando ésta se
vierte en un recipiente. Debido a las interacciones entre varios cuerpos, el
movimiento colectivo causado por la energía de traslación y rotación de los
granos en una fina capa que fluye se pierde rápidamente en forma de fricción.
Como alternativa, piense en lo que le ocurriría a un lecho de partículas si a
cada una de ellas se le aplicara un par de torsión.
Científicos de la Universidad de Lehigh han demostrado un sistema experimental
en el que se aplica un par de torsión a nivel de los constituyentes mediante
un campo magnético giratorio en un lecho denso de microrollos. Comprobaron que
la arena puede fluir cuesta arriba.
También capturaron y publicaron un vídeo que muestra lo que ocurre cuando se
aplica un par de torsión y una fuerza de atracción a cada grano: los granos
fluyen cuesta arriba, suben por las paredes y suben y bajan escaleras.
Los científicos utilizaron ecuaciones que describen el flujo de materiales
granulares para demostrar de forma concluyente que estas partículas se movían
como un material granular, salvo que fluían cuesta arriba.
Los científicos señalaron: "Este descubrimiento tan inusual podría desvelar
muchas más líneas de investigación que podrían dar lugar a una amplia gama de
aplicaciones, desde la atención sanitaria al transporte de materiales y la
agricultura."
Mientras realizaban estudios sobre microencapsulación, los científicos
captaron accidentalmente el movimiento. Los granos empezaron a amontonarse al
hacer girar un imán bajo un vial de microrollers, que son partículas
poliméricas recubiertas de óxido de hierro.
Los científicos empezaron estudiando la reacción del material en distintas
condiciones. Los microrollers fluían hacia abajo cuando se vertían sin ser
magnetizados antes. Sin embargo, cuando utilizaron los imanes para
proporcionar torsión, cada partícula empezó a girar, formando breves dobletes
que se dispersaron rápidamente.
El resultado es la cohesión, que genera un ángulo de reposo negativo debido a
un coeficiente de fricción negativo.
James Gilchrist, catedrático Ruth H. y Sam Madrid de Ingeniería Química y
Biomolecular en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas P.C. Rossin de
Lehigh, afirmó: "Hasta ahora, nadie hubiera utilizado estos términos. No
existían. Pero para entender cómo estos granos fluyen cuesta arriba,
calculamos las tensiones que hacen que se muevan en esa dirección."
"Si tienes un ángulo de reposo negativo, entonces debes tener la cohesión para
dar un coeficiente de fricción negativo. Estas ecuaciones de flujo granular
nunca se derivaron de considerar estas cosas, pero después de calcularlo, lo
que salió es un coeficiente aparente de fricción que es negativo."
La cohesividad aumenta con el incremento de la fuerza magnética, lo que da a
los granos una mayor tracción y les permite moverse más rápidamente. Un montón
de partículas de arena pueden trabajar juntas para lograr cosas paradójicas,
como fluir por las paredes y subir escaleras, gracias al movimiento agregado
de todos esos granos y su capacidad de adherencia. El equipo está construyendo
diminutas escaleras con un cortador láser y registrando el material mientras
asciende por un lado y desciende por el otro.
Según Gilchrist, "un solo microrrotor no podría superar la altura de cada
escalón. Pero trabajando juntos, sí pueden".
"Este primer artículo sólo se centra en cómo el material fluye cuesta arriba,
pero nuestros próximos artículos analizarán las aplicaciones, y parte de esa
exploración consiste en responder a la pregunta: ¿pueden estos microrrotores
escalar obstáculos? Y la respuesta es sí".
Las aplicaciones podrían ser muy variadas. Se podrían mezclar objetos,
separarlos en distintos materiales o moverlos utilizando microrrotores. Y como
estos investigadores han descubierto una nueva forma de pensar en cómo las
partículas se agrupan y trabajan colectivamente, en el futuro podrían
utilizarse en microrrobótica, con aplicaciones sanitarias. Un trabajo reciente
de Gilchrist examinó su uso del suelo como método de suministro de
fertilizantes a través de un medio poroso.
Según Gilchrist, "estamos estudiando a fondo estas partículas, experimentando
con diferentes velocidades de rotación y diferentes cantidades de fuerza
magnética para comprender mejor su movimiento colectivo". Sé los títulos de
los próximos 14 artículos que vamos a publicar".
Fuentes, créditos y referencias:
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