Imagen: Alex Zurich

Resulta difícil para los científicos entender el comportamiento de pequeñas partículas en movimiento, y todavía nos queda mucho por aprender sobre materiales como la arena, como ya hemos explicado en el pasado. Tras un nuevo experimento, un grupo de científicos ha observado cómo dos tipos de arena interactúan entre si, y como se forman burbujas de una dentro de la otra. Comprender mejor el movimiento de este tipo de materiales granulares podría mostrar importantes resultados.

“Existen varios motivos diferentes para estudiar cómo se mueven estos dos tipos de arena”, dijo a Gizmodo el autor del estudio Christopher Boyce, profesor de ingeniería química en la Universidad de Columbia. Entre ellos se encuentra el ámbito de la construcción, de los productos farmacéuticos, e incluso de las energías alternativas.

Este experimento consistía en dos tipos de arena —una arena blanca “pesada” encima de una arena negra “ligera”— colocados dentro de un rectángulo transparente. La arena negra tenía unos granos algo más grandes, pero más ligeros, que la arena blanca. Una máquina agitaba el rectángulo hacia arriba y hacia abajo, a la vez que el aire fluía hacia arriba a través de la arena. Los investigadores observaron como una serie de “burbujas” granulares compuestas de la arena negra ligera fluían hacia arriba a través de la arena blanca más pesada.

El resultado se parecía mucho a la inestabilidad de Rayleigh-Taylor, según el artículo que ha sido publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences. Se trata de un comportamiento que se produce cuando introducimos un líquido más ligero en uno más pesado, como ocurre por ejemplo cuando echas agua encima del aceite.

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La diferencia es que estos dos tipos de arena no son agua y aceite, explicó Boyce, y eso es lo que hace que esta investigación sea tan emocionante: el agua y el aceite tienen problema para mezclarse, pero eso no ocurre con estos tipos de arena. En este caso, las simulaciones computacionales demostraron que el gas fluye preferentemente a través de las partículas más ligeras, y que combinado con las vibraciones, comienza a empujar hacia arriba en forma de ondas. El empuje hacia arriba del gas y de las partículas más ligeras, combinado con el empuje hacia abajo de la arena más pesada, hacen que estas ondas se conviertan en delgadas lenguas de arena y burbujas. Y se trataba de burbujas de arena, no de gas, ya que los científicos controlaron cuidadosamente el chorro para evitar que se formasen burbujas de gas.

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Parece simple, pero es la primera vez que se demuestra la formaciĂłn de burbujas tras la interacciĂłn de dos sĂłlidos granulares, dijo Boyce.

Aunque esto puede parecer algo tan específico que no se producirá en el mundo real, se puede usar en multitud de aplicaciones industriales cuando haya que mezclar productos químicos que tengan que reaccionar entre sí. Dijo Boyce.

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El equipo continuará investigando qué otros comportamientos similares a los líquidos muestran también los sólidos granulares. Después de todo, cuando los científicos encuentran nuevos comportamientos, a menudo dan con nuevos usos.