Wanneer een container met siliconenolie of een andere soortgelijke vloeistof met een regelmatige frequentie verticaal wordt geschud, Druppels van 1 millimeter groot van dezelfde vloeistof die op het vloeistofoppervlak worden geplaatst, lijken over het oppervlak te "lopen" met snelheden van ongeveer 1 cm/seconde, voortgedreven door hun eigen golven. In een nieuwe studie, natuurkundigen hebben ontdekt dat deze lopende druppeltjes veel groter (tot 2,8 mm in diameter) en sneller (5 cm/seconde) kunnen zijn dan eerder werd waargenomen. Deze "superwalkers" vertonen een breed scala aan nooit eerder vertoonde gedragingen, inclusief nieuwe gesynchroniseerde bewegingen.

Een van de interessante kenmerken van wandelaars is dat, terwijl hun bewegingen volledig kunnen worden verklaard door klassieke mechanica, sommige van hun gedragingen bootsen bepaalde kwantumverschijnselen na die doorgaans alleen op atomaire schaal bestaan. Voorbeelden van dergelijke functies zijn onder meer tunneling, gekwantiseerde banen, en correlaties tussen meerdere druppels. In zekere zin, druppelmechanica kan worden gezien als een combinatie van klassieke en kwantummechanica, waar zowel deeltjes- als golfgedrag naast elkaar bestaan.

Onderzoekers Rahil Valani en Anja Slim aan de Monash University, en Tapio Simula aan de Swinburne University of Technology, hebben een artikel over de superwalkers gepubliceerd in een recent nummer van Fysieke beoordelingsbrieven .

"Superwalkers openen een hele nieuwe wereld om te verkennen binnen het onderzoeksgebied van wandelende druppeltjes die al exotisch gedrag vertonen, " Simula vertelde Phys.org .

Om een ​​rollator van normaal formaat te maken, een container met vloeistof wordt met een regelmatige frequentie verticaal geschud, zoals 80Hz. In de nieuwe studie de onderzoekers toonden aan dat wanneer de vloeistof tegelijkertijd wordt aangedreven door twee frequenties, bijvoorbeeld 80 Hz en zijn subharmonische frequentie 40 Hz - druppels die op het oppervlak worden geplaatst, worden superwandelaars. Om de superwalkers te creëren, de onderzoekers gebruikten ofwel een spuit (voor grotere superwalkers) of dompelden snel onder en haalden een naald uit de vloeistof (voor kleinere).

Door hun grote formaat, superwalkers hebben een grote traagheid, wat betekent dat ze weerstand bieden aan verandering. Superwalkers kunnen hun traagheid gebruiken om de golfbarrière te overwinnen die normaal gesproken voorkomt dat wandelaars met elkaar in contact komen. Als resultaat, deze superwalkers kunnen sterker met elkaar communiceren vanwege hun overlappende golfvelden. Deze interactie leidt tot veel nieuw en interessant gedrag, waarvan sommige worden getoond in de video's.

Bijvoorbeeld, superwalkers kunnen in paren of groepen stevig aan elkaar binden, slechts gescheiden door een zeer dunne luchtlaag. Als ze verschillende maten hebben, ze bewegen in een cirkelvormige baan, maar als ze dezelfde maat hebben, ze reizen in een rechte lijn.

Onder andere voorwaarden, superwalkers gedragen zich als "jagers, " waar kleinere superwandelaars achter grotere aanjagen, soms vormen lange treinen. Andere tijden, de superwalkers vormen "wandelende paren, " waarin ze naast elkaar lopen, op elkaar stuiteren.

Soms draaien superwalkers om elkaar heen, zoals dubbelsterren, dat is iets dat normale wandelaars ook doen. Maar superwalkers vertonen het nieuwe kenmerk dat ze hun baan met tussenpozen omkeren als de ene superwalker groter is dan de andere.

Door de oscillatieamplitudes en frequenties aan te passen, de onderzoekers ontdekten ander nieuw gedrag. Bijvoorbeeld, bij lage aandrijfamplitudes van de trilling van 40 Hz, de superwalkers nemen een kristalconfiguratie aan. Naarmate de amplitude geleidelijk toeneemt, de superwalkers beginnen te wiebelen, verliezen dan hun kristalstructuur, en eindelijk beginnen ze snel van elkaar af te stuiteren als biljartballen. De onderzoekers vergeleken deze dynamiek met vaste-vloeistof-gasfase-overgangen, waarbij de amplitude fungeert als de temperatuurparameter.

Wanneer de subharmonische frequentie enigszins wordt ontstemd tot 39,5 Hz, de onderzoekers observeerden dat de superwalkers een synchrone stop-and-go-beweging vertoonden, waarin ze allemaal synchroon met elkaar lopen, en stop dan tegelijkertijd, en dan weer lopen. De onderzoekers leggen uit dat dit gedrag optreedt omdat het continu variërende faseverschil tussen de twee frequenties ervoor zorgt dat de superwalkers heen en weer schakelen tussen de superwalking- en bouncing-regimes.

De onderzoekers verwachten dat toekomstig onderzoek meer inzicht zal geven in de kwantumkenmerken van superwalkers.

"Deze lopende druppeltjes vormen een fascinerend dynamisch systeem waarbij de druppel bij elke sprong een golf om zich heen creëert, en deze golven leiden op hun beurt de beweging van de druppel, resulterend in een bewegende golf-druppel entiteit, Valani zei. "Het is aangetoond dat de wandelaars verschillende kwantumkenmerken nabootsen, en het zal interessant zijn om te onderzoeken hoe superwalkers zich gedragen in dergelijke experimenten."

© 2019 Wetenschap X Netwerk