NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2013/fysica-van-zandkorrels-nr-63/

Geprint op :
19 december 2018
14:11:43

Veel industriële materialen zijn granulair, ofwel korrelig. Met dit onderzoek laten de onderzoekers zien dat de aanwezigheid van lucht tussen de korrels van groot belang kan zijn voor de dynamica van het materiaal als geheel.
Zand is een granulair materiaal dat bestaat uit individuele korrels. Zandkorrels kunnen op verschillende manieren gestapeld worden, waardoor los of juist compact zand ontstaat. De weerstand die een object in een laag zand ondervindt, hangt met name af van deze pakkingsdichtheid. Als de zandkorrels klein genoeg zijn, kan ook de lucht tussen de korrels een grote rol spelen.

Zandexperiment
Om de invloed van het lucht tussen de korrels experimenteel te beproeven, duwen de onderzoekers een bal met behulp van een lineaire motor in een zandbed. De staaf die de bal aan de motor koppelt, bevat een krachtsensor waarmee ze de weerstand direct kunnen meten. Verrassend genoeg blijkt het meer kracht te kosten om een bal langzaam door het bed te bewegen, dan om dezelfde bal met een hogere snelheid in het bed te duwen.
De onderzoekers verklaren dit als volgt: terwijl ze de bal het zandbed in duwen, wordt het zand rond de bal samengedrukt. De lucht in dit gebied zit opgesloten in het samengedrukte zand waardoor er, als de bal snel genoeg beweegt, lokaal een hogere luchtdruk ontstaat. Deze drukopbouw voorkomt verdere samendrukking van het zand en zorgt er zodoende voor dat de bal relatief weinig weerstand ondervindt tijdens het bewegen.
Als de bal erg langzaam beweegt, heeft de lucht wel de tijd om uit dit samengedrukte gebied te stromen en is er geen drukopbouw. In deze situatie zit het zand dichter opeengepakt en kost het relatief veel kracht om de bal in het zand te duwen.
In het experiment bereikten de onderzoekers zo een weerstandsreductie van maar liefst negentig procent. De natuurkundigen herhaalden de experimenten bij lage druk. In dat geval blijkt de weerstand van de bal onafhankelijk van de snelheid. Bovendien is de weerstand gelijk aan de waarde die ze bij atmosferische druk meten als de bal erg langzaam beweegt. Dit bevestigt dat de lucht tussen de korrels de weerstand verlaagt.