Новая теория объясняет, как материалы превращаются из твердых тел в жидкости

Лаборатория фото

Годы кропотливых экспериментов окупились для исследователей, стремящихся унифицировать физику, определяющую материалы, переходящие от твердых тел к жидкостям.

Ученые заявили, что новая теоретическая модель может помочь в разработке новых синтетических материалов, а также в информировании и прогнозировании проблем гражданского строительства и окружающей среды, таких как оползни, прорывы плотин и лавины.

Результаты работы ученых были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Исследование, проведенное профессором химической и биомолекулярной инженерии Университета Иллинойса в Урбане-Шампейн Саймоном Роджерсом, раскрывает унифицированное математическое выражение, которое определяет, как мягкие, но жесткие материалы переходят из твердого в жидкого сотсояни, когда они превышают свой удельный порог напряжения.

«Поведение жидкостей с пределом текучести традиционно определялось попыткой объединить физику двух различных типов материалов: твердых тел и жидкостей. Но теперь мы показали, что эти физические состояния — твердое и жидкое — могут существовать вместе в одном и том же материале, и мы можем объяснить это с помощью одного математического выражения», — сказал ведущий автор Крутарт Камани, аспирант химической и биомолекулярной инженерии в Иллинойсе.

Чтобы разработать эту модель, команда провела многочисленные исследования, в которых различные мягкие материалы подвергались нагрузкам, измеряя при этом индивидуальные твердоподобные и жидкоподобные реакции на деформацию с помощью устройства, называемого реометром.

«Мы смогли наблюдать за поведением материала и увидеть непрерывный переход между твердым и жидким состояниями. Мы смогли определить два различных поведения, которые отражают диссипацию энергии через твердые и жидкие механизмы», — сказал Роджерс, который также является филиалом Института передовых наук и технологий им. Бекмана в Университете штата Айленд.

Ученые заявили, что эта разработка дает исследователям простую модель для работы, облегчая выполнение крупномасштабных расчетов, подобных тем, которые необходимы для моделирования и прогнозирования катастрофических событий, таких как оползни и лавины.

«Существующие модели требуют больших вычислительных ресурсов, и исследователям приходится бороться с числами, чтобы сделать расчеты как можно более точными. Наша модель проста и более точна, и мы показали это в ходе множества экспериментов по проверке правильности концепции», — сказал Роджерс.

Исследователи заявили, что комплексные исследования предела текучести флюидов являются актуальной темой для тех, кто исследует геофизические потоки, восстановление отходов и промышленные процессы, такие как разработка новых материалов, 3D-печать и минимизация затрат на транспортировку отходов.

«Наша модель определяет базовый пример поведения твердого вещества в жидкость, но я думаю, что он послужит отправной точкой для исследователей, чтобы добиться значительного прогресса в определении более сложных явлений текучести жидкости», — отметили уученые.

Ранее Курсор писал, что физики доказали существование мнимой части квантовой механики. Международная исследовательская группа доказала, что мнимую часть квантовой механики можно наблюдать в действии в реальном мире.

Искусственный интеллект смог решить уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера — основное уравнение нерелятивистской квантовой механики, описывающее динамику частиц.

Ранее Курсор писал, что израильские ученые решили старейшую проблему физики. Ученые Еврейского Университета в Иерусалиме во главе с профессором Бараком Колом смогли выяснить, как можно предсказать поведение системы из трех тел, обойдя существенные недостатки сегодняшних методов.

Курсор сообщал, что на Большом адронном коллайдере нашли новую частицу. Ученые впервые обнаружили экзотическую частицу, состоящую из четырех очарованных кварков.

Эксперименты на Большом адронном коллайдере обнаружили отклонения от Стандартной модели.  Ученые, проводившие опыты на БАК, зафиксировали отклонения от теоретической Стандартной модели при распаде заряженных частиц. Это признаки так называемой Новой физики — всеобъемлющей теории, которая должна максимально полно описывать нашу Вселенную.

Ранее Курсор писал, что ученые измерили самую короткую единицу времени, а CERN одобрила план постройки нового огромного адронного коллайдера.

Напомним Курсор сообщал о том, что ученые открыли новое состояние материи.

Читайте последние новости Израиля и мира на канале Курсора в Telegram.

Автор материала:
Таня Нати
ТЭГИ: