Análisis experimental de fenómenos fuera de equilibrio en medios granurales

Abstract

En este trabajo se presentan resultados experimentales de un sistema granular cuasibidimensional compuesto por una mezcla de esferas y rodillos. El sistema inicia con una configuración isotrópica de los rodillos y, después de ser sometido a agitación vertical, termina con una configuración en la que los rodillos se segregan formando agregados en contacto directo entre ellos o atrapando hileras de esferas en medio de ellos. La agregación directa de rodillos está mediada por fuerzas de depleción, mientras que la agregación indirecta, donde quedan esferas atrapadas, está mediada por una inestabilidad de clustering. Simulaciones numéricas de este sistema con un solo rodillo y una pared fija, así como experimentos con esta misma configuración, demuestran que existe una interacción de largo alcance no reportada hasta el momento, debida a la inestabilidad de clustering. Se realiza asimismo un modelo teórico para obtener el potencial de interacción, el cual depende de el coeficiente de restitución entre esferas. El modelo teórico ajusta bastante bien a los datos numéricos.

In this work, I present experimental results of a granular, quasi-twodimensional system, consisting of a mixture of spheres and rods. The system begins at an isotropic configuration for the rods and, after the system is vertically shaken, it ends up at a configuration where the rods are segregated forming aggregates in direct contact between them or trapping a line of spheres in between. The direct aggregation of rods is mediated by depletion forces, whereas the indirect aggregation, in which spheres get trapped, is mediated by a clustering instability. Numerical simulations of this system having a single rod and a fixed wall, as well as experiments having this configuration, show that there is a long-range interaction that has not been reported yet, and that is due to a cluster instability. Likewise, a theoretical model is made in order to obtain an interaction potential, which depends on the coe cient of resitution between spheres. The model fits in good agreement with the numerical data.