Als je een glas wijn met de klok mee ronddraait, de wijn binnenin zal ook met de klok mee draaien. Maar, als je een bosbessenpannenkoek maakt en je draait de pan met de klok mee, de pannenkoek zal tegen de klok in draaien. Gelooft u ons niet? Ga het proberen.

Hetzelfde gebeurt met een glas kralen. Een paar kralen zullen met de klok mee draaien wanneer het glas met de klok mee wordt rondgedraaid. Echter, veel kralen in een glas wanneer ze met de klok mee worden rondgedraaid, zullen tegen de klok in draaien.

"Het is echt een verrassend gedrag omdat, in tegenstelling tot wijn en pannenkoeken, dit zijn exact dezelfde objecten, in precies dezelfde situatie, " zei Lisa Lee, een afgestudeerde student Toegepaste Natuurkunde aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).

Lee en de rest van het onderzoeksteam begonnen fysiek te begrijpen waarom verzamelingen deeltjes zich zo gedragen. Zoals het blijkt, het draait allemaal om wrijving.

Het onderzoek is gepubliceerd in Fysieke beoordeling E .

Een groep kralen maakt deel uit van een klasse materialen die bekend staat als korrelige media, een verzameling macroscopische deeltjes, zoals zand, sneeuw of een pot nootjes.

De reden dat wijn met de klok mee draait als hij met de klok mee wordt rondgedraaid, terwijl pannenkoeken in de tegenovergestelde richting draaien, is omdat wijn een vloeistof is, vergelijkbaar met korrelige media onder lage wrijving, terwijl pannenkoeken stevig zijn, vergelijkbaar met korrelige media onder hoge wrijving. Als een pannenkoekenpan ronddraait, de randen van de pannenkoek zullen de randen van de pan vangen en het heerlijke ontbijtvoedsel in de tegenovergestelde richting draaien.

"Collecties van macroscopische deeltjes zijn erg interessant omdat, afhankelijk van hun omstandigheden, ze kunnen zich gedragen als een vloeistof of vaste stof, "zei Lee. "Zand in een zandloper, bijvoorbeeld, stroomt als een vloeistof, maar zand op een strand gedraagt ​​zich als een vaste stof die je gewicht ondersteunt."

Hoe deze objecten overgaan van vloeibare naar vaste toestand is al decennia een open vraag.

Lee en het onderzoeksteam ontdekten dat kleine groepen kralen een lagere effectieve wrijving hadden dan grotere groepen kralen, resulterend in de overgang van vloeibaar naar vast.

"Een deeltje dat in één richting rolt, ondervindt heel weinig wrijving, " zei Lee. "Maar veel deeltjes, rollen in dezelfde richting, allemaal met elkaar in contact veel wrijving ervaren, waardoor de groep stolt en gedrag verandert."

Zoals pannenkoeken, deze stevige groep wervelende deeltjes grijpt de randen van hun container vast en begint in de tegenovergestelde richting te draaien.

Met behulp van een computersimulatie, Lee, samen met co-auteurs John Paul Ryan en Miranda Holmes-Cerfon, toonde aan dat wanneer alle wrijving was verwijderd, de deeltjes stolden nooit, hoeveel het er ook waren. Als de deeltjes ruwer waren, ze gingen sneller over van vloeibaar naar vast.

"Dit experiment is een interessant geval van gedrag van systeemgrootte dat voortkomt uit de lokale interacties van individuele elementen, " zei Shmuel Rubinstein, Associate Professor of Applied Physics bij SEAS en senior auteur van de studie. "De opkomst van coherente circulatie is het onderwerp van veel belangstelling de laatste tijd, bijvoorbeeld in het geval van 2-D turbulentie of actieve spinners. Het is cool dat vergelijkbare fysica ook triviaal kan worden verkregen met een schaal en een handvol knikkers."