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        物理所“空氣對顆粒分離效應(yīng)的影響”研究獲新進展


        來源:

            顆粒物質(zhì)是以離散態(tài)形式存在的物質(zhì)形態(tài),是一種復雜體系,其運動規(guī)律與一般固體和液體很不相同,近年來引起物理學界的廣泛關(guān)注。對于一個大小顆;旌系南到y(tǒng),當受到外界擾動(如振動,搖動等)時,會發(fā)生大小顆粒的分離,一般是大顆粒運動到上層,小顆粒運動到下層,這就是所謂的“巴西果效應(yīng)”(Brazil nut effect)。這在自然界和生產(chǎn)中普遍存在,是一個人們所熟知的現(xiàn)象。但是長久以來人們對其形成機理并不十分清楚。美國的一個研究小組發(fā)現(xiàn),在某些情況下,垂直振動也會導致大顆粒運動到下層,小顆粒運動到上層,產(chǎn)生所謂“反巴西果效應(yīng)”。對這一新現(xiàn)象,美國芝加哥大學的研究小組在《Nature》上發(fā)表了不同的研究結(jié)果。他們未觀察到“反巴西果”現(xiàn)象,但是隨氣壓的變化,導致了大顆粒上升的速度發(fā)生改變。

            中科院物理所陸坤權(quán)研究員的小組,通過不同密度大球在不同尺寸顆粒床中振動的實驗,系統(tǒng)研究了大球上升和下降的規(guī)律。發(fā)現(xiàn)當大球和顆粒密度比大于某臨界值時,則大球上升(巴西果效應(yīng)),且上升速度隨密度比增大呈冪次方變快。而當密度比小于此臨界值時,則大球下降(反巴西果效應(yīng)),下降速度隨密度比減小呈冪次方變快。更重要的是,發(fā)現(xiàn)氣體在“反巴西果”的形成中起關(guān)鍵作用。在振動狀態(tài)下形成“反巴西果”的顆粒床中,測量得負的氣壓,正是這個負壓驅(qū)動了密度小的大顆粒向下運動,形成了“反巴西果”現(xiàn)象。在相同條件下,抽空的系統(tǒng)中則觀察不到“反巴西果”現(xiàn)象。而在一定振動頻率和加速度下是否產(chǎn)生負壓又與床顆粒的大小及密度有關(guān)。

            這項研究得到了國家重點基礎(chǔ)研究項目及國家自然科學基金的資助。研究成果發(fā)表于2003年7月4日的Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 014302。
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