科学家将粒子悬浮在声音上,以找出它们如何聚集在一起

置物架        2019-10-09   来源:言天聊史
科学家将粒子悬浮在声音上,以找出它们如何聚集在一起

来自芝加哥大学和巴斯大学的科学家利用声波将粒子悬浮起来,揭示了在没有重力的情况下材料如何聚集在一起的新见解 - 这些原理构成了从分子组装到行星形成的早期阶段的各个方面的基础。太空尘埃。

Sewell Avery杰出服务物理学教授Heinrich Jaeger说:“大部分宇宙都是由粒子组装而成。”他与人合着了一篇出现在“ 自然物理学”杂志上的新研究。“通过声悬浮,我们有一个漂亮的模型系统来研究人眼可见尺度的装配,我们可以精确地跟踪每个粒子,然后将结果与广泛的微观现象联系起来。”

Jaeger的实验室对管理粒子相互作用的规律进行了创新性研究 - 他们用这些法则创造了一个机器人抓取器来拾取几乎任何物体,并解释了一个长期存在的物理神秘感,让你可以穿过水池的表面装满水和玉米淀粉。

在这种情况下,团队对原型簇的形状感兴趣,原型簇从单个粒子开始形成时,逐个添加更多。他们利用声波将空气中的塑料颗粒悬浮 - 直径约为1毫米,约为一分钱的厚度 - 并研究了这些颗粒在形成簇时如何相互作用,分解然后重新组装成不同的配置。

当他们发现有五个或更少的颗粒时,颗粒只在一种配置中密集聚集。然而,当存在至少六个颗粒时,当紧密地结合在一起时,它们可以组装成许多不同的形状。

通过使用高速摄像机跟踪悬浮粒子,研究人员能够捕获这些不同的配置。他们发现六个粒子组可以形成三种截然不同的紧凑形状:平行四边形,人字形和三角形。添加一个颗粒来制造七个颗粒意味着颗粒聚集在一起成为四种形状之一,科学家称之为花,乌龟,树或船。

“六种粒子是在不同形状之间进行切换所需的最小值,这是事情变得有趣的地方,”联合第一作者安东苏斯洛夫说,他当时是UChicago的博士后研究员,现在是巴斯大学的教师。“对于我们这些科学家来说,不顾重力悬浮尘埃也具有开发基于地球的实验的更基本的兴趣,以了解太空中的物体如何开始形成。” 科学家补充说,这将是最早的阶段,当未来的行星只是一团空间尘埃或许一厘米时 - 在重力开始变成一个因素之前。

实验的一个独特方面是声音不仅会使粒子悬浮,还可以用来影响它们漂浮时的相互作用。

“令人惊讶的是,通过改变声波频率,我们可以操纵聚类并影响出现的形状,”该论文的第一作者,研究生Melody Lim说。由Souslov和物理学教授Vincenzo Vitelli完成的声学力背后的物理模型为科学家提供了一种控制装配过程的新方法。

他们发现,重新排列形状通常取决于一个粒子充当“铰链”并围绕其他粒子摆动以重新配置,这在一系列潜在应用中非常有用。

研究小组现在打算研究声悬浮如何将大量粒子聚集在一起以组装更复杂的结构。