Emballage étanche ou blocage accidentel de balles dans un conteneur


Emballage étanche ou blocage accidentel de balles dans un conteneur

Abb1: Configuration d’un verre à bille dure peu de temps avant le brouillage. À titre de comparaison, la structure compacte de la configuration cubique à faces centrées cristallines (FCC) est également représentée sur la droite. Crédit photo: Université d’Osaka

Des scientifiques des instituts théoriques, de l’Académie chinoise des sciences et du Cybermedia Center de l’Université d’Osaka ont effectué des simulations informatiques approfondies pour générer et examiner des emballages aléatoires de sphères. Ils montrent que la transition «esturgeon», dans laquelle un matériau à écoulement libre se coince, a des caractéristiques universelles malgré la variété de ses détails. Ces travaux peuvent éclairer la physique des matériaux amorphes et les problèmes d’optimisation en informatique, qui sont étroitement liés aux mathématiques de l’empaquetage des sphères.

Combien d’oranges tiennent dans un bol sphérique? Cette question apparemment prosaïque mène en fait à un sujet fascinant de la théorie de l’ efficace et du concept de «dérangeant». Bien que l’on sache que les sphères peuvent être emballées régulièrement pour occuper un maximum de 74% du volume, on pense que la limite correspondante pour le conditionnement aléatoire est d’environ 64%, mais cela n’a pas été prouvé. La solution est liée à la capacité de certains matériaux de matière molle, y compris le sable, le colloïde, la mousse ou les polymères, à se coincer par compression ou cisaillement. Vous pouvez expérimenter vous-même une boîte de céréales qui cesse soudainement de couler.

L’équipe a maintenant utilisé des collections simulées de sphères sans frottement sur des supercalculateurs et a constaté que les états bloqués, soit par compression, soit par cisaillement, peuvent être obtenus dans une large gamme de densités, supérieure à 64%, et avec une large gamme d’anisotropies. Ils ont constaté que les différentes conditions de blocage sont toutes au bord de la stabilité mécanique et ont les mêmes propriétés critiques. «Nous avons montré que les emballages sans friction à serrage par compression et cisaillement peuvent être décrits dans un cadre uniforme», déclare le premier auteur Yuliang Jin. Cela implique que la stabilité marginale est le principal mécanisme robuste sous-jacent à la perturbation.

Emballage étanche ou blocage accidentel de balles dans un conteneur

Fig. 2: Nombre moyen de particules à une distance r du d’une particule. Les données de divers états bloqués de différentes densités obtenues par des combinaisons de compression et de cisaillement suivent une courbe universelle commune. A partir de la de gauche, on peut voir que le nombre moyen de contacts des différents états encombrés est de 6, ce qui signifie qu’ils ne sont que légèrement stables. A partir du panneau de droite, on peut voir que la distribution des distances entre particules voisines qui sont presque en contact les unes avec les autres suit une loi de puissance universelle. Crédit photo: Université d’Osaka

Dans cette enquête, le numéro de coordination fait référence au nombre de voisins d’une sphère. L’équipe a montré que les tracés du nombre de coordination à différentes distances s’effondrent sur la même courbe quelle que soit la de particules des états encombrés. « L’emballage le plus proche des sphères représente une structure unique. Inversement, un emballage aléatoire comme les atomes dans un verre peut conduire à des arrangements avec des densités différentes, en fonction de la méthode de compression et de cisaillement utilisée », explique l’auteur principal Hajime Yoshino. Cette recherche, qui met en lumière le conditionnement efficace d’objets solides, pourrait conduire à de nouvelles idées pour la fabrication industrielle de verres, mousses et autres matériaux de serrage.


Bourré: une nouvelle approche microscopique des solides amorphes


Plus d’information:
Yuliang Jin et coll. Un niveau inquiétant de garnitures sphériques, Procédure de l’Académie nationale des sciences (2021). DOI: 10.1073 / pnas.2021794118

Fourni par l’Université d’Osaka

Citation: Emballage serré accidentel ou blocage de dans un conteneur (2021, 6 mai), consulté le 8 mai 2021 sur https://phys.org/news/2021-05-random-spheres.html

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