Небольшая группа физиков и инженеров-механиков из Университета Антофагасты, Автономного университета Чили и Университета Бернардо О'Хиггинса, расположенных в Чили, нашла способ найти точки устойчивости гранулярно расположенных монослоев в одной стопке с наклонными лотками.
В своем исследовании, группа использовала компьютерное моделирование для моделирования сфер, таких как апельсины, сложенных друг на друга с разными углами наклона, чтобы определить точку, в которой куча рухнет, когда одна или несколько сфер будут удалены от края.
Многие продуктовые магазины выставляют фрукты на продажу, собирая стопки, чтобы продемонстрировать вкус фруктов. Такие стопки, как правило, имеют наклонные края, что создает общее впечатление нестабильности: неосторожные покупатели, которые берут один апельсин не из той части стопки, могут спровоцировать обрушение, когда фрукты скатятся с полки на пол. В ходе этой новой работы исследовательская группа обнаружила переломные моменты таких стопок.
Обвалы, вызванные случайными извлечениями. а) Расположение фруктов на рынке. На нижних панелях показано численное моделирование системы из 90 сфер, окрашенных случайным образом. (b) Представлен общий вид системы, наклоненной под углом. На панели (с) извлечена первая сфера, а на панели (d) — вторая. На панели (e) лавина происходит после извлечения 12 сфер. На вставке на панели (с) выделен забор, ограничивающий систему. Фото: Physical Review E (2023). DOI: 10.1103/PhysRevE.108.064904
Исследователи создали модели, изображающие сложенные сферы разных размеров, сложенные друг на друга с разным наклоном краев, и прогнали их в различных конфигурациях, от небольших до экстремальных. Они обнаружили, что сферы, сложенные с экстремальным уклоном, действительно могут вызывать обрушения, если убрать хотя бы одну сферу с наклонного края. Они также обнаружили, что на небольших уклонах можно удалить практически любое количество сфер, не вызывая обрушения. Именно между такими крайностями прогнозировать ситуацию становилось труднее.
Они обнаружили, что медленное увеличение угла наклона приводило к ситуациям, когда удаление нескольких сфер, а не одной, могло привести к обрушению. Они также подсчитали, что в обычных обстоятельствах, например, в продуктовых магазинах, до 10% сфер (например, яблок, апельсинов или грейпфрутов) необходимо удалить, прежде чем случится обвал. Таким образом, отдельный покупатель вряд ли спровоцирует обрушение, если уберет хотя бы один фрукт — если только несколько покупателей до него не сделали то же самое в одном и том же месте.
Исследователи планируют продолжить свою работу, изучая другие возможные сценарии обрушения в реальном мире, такие как груды камней разного размера.
Исследование было опубликовано в журнале Physical Review E.
Источник: Science X Network
