Nếu bạn xoay một cốc rượu theo chiều kim đồng hồ, thì rượu bên trong cũng sẽ quay theo chiều kim đồng hồ. Thế nhưng, nếu bạn đang làm bánh pancake blueberry và bạn xoay cái chão theo chiều kim đồng hồ, thì bánh pancake sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ. Bạn không tin chúng tôi ư? Hãy thử làm nhé.
Điều tương tự xảy ra với một cốc bột mì. Một ít bột mì sẽ quay theo chiều kim đồng hồ khi cái cốc bị xoay theo chiều kim đồng hồ. Tuy nhiên, rất nhiều bột mì trong một cái cốc bị xoay theo chiều kim đồng hồ sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ.
“Đó là một hành trạng thật sự bất ngờ bởi lẽ, không giống như rượu và pancake, đây là những vật y hệt nhau, ở trong tình huống y hệt nhau,” theo lời Lisa Lee, một sinh viên ngành vật lí ứng dụng tại Khoa Kĩ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard.
Lee và đội nghiên cứu đã cất công tìm hiểu nguyên nhân vật lí vì sao các tập hợp hạt lại hành xử theo kiểu như vậy. Và như chuyện vỡ lẽ, mọi thứ hóa ra là do ma sát.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Physical Review E.
Một nhóm hạt bột thuộc về một họ vật liệu gọi là các môi trường dạng hạt, một tập hợp gồm những hạt vĩ mô, ví dụ như cát, tuyết, hay một chai chứa hạt đậu.
Lí do khiến rượu quay theo chiều kim đồng hồ khi cốc bị xoay theo chiều kim đồng hồ còn bánh pancake sẽ quay theo chiều ngược lại là bởi vì rượu là chất lỏng, tương tự như các môi trường dạng hạt chịu ma sát thấp, còn bánh pancake là chất rắn, tương tự như các môi trường dạng hạt chịu ma sát cao. Khi cái chão pancake bị xoay, thì phần rìa của bánh sẽ đón theo rìa chão và làm quay món ăn sáng ngon tuyệt theo chiều ngược lại.
“Các tập hợp hạt vĩ mô rất thú vị bởi lẽ, tùy thuộc vào điều kiện của chúng, chúng có thể hành xử giống chất lỏng hoặc chất rắn,” Lee cho biết. “Chẳng hạn, cát trong đồng hồ cát sẽ chảy giống như chất lỏng còn cát trên bãi biển thì hành xử giống chất rắn nâng đỡ sức nặng của bạn.”
Làm thế nào những vật như thế này chuyển từ trạng thái lỏng sang rắn đã là một câu hỏi bỏ ngỏ trong hàng thập niên.
Lee và đội nghiên cứu tìm thấy rằng những nhóm nhỏ hạt bột có ma sát hiệu dụng thấp hơn những nhóm lớn hạt bột, đưa đến sự chuyển tiếp từ trạng thái lỏng sang rắn.
“Một hạt quay cuộn theo một chiều gặp rất ít ma sát,” Lee nói. “Nhưng nhiều hạt, quay cuộn theo cùng một chiều, tất cả đều tiếp xúc với nhau, thì chịu rất nhiều ma sát, làm cho nhóm chuyển sang trạng thái rắn và thay đổi hành trạng.”
Giống như bánh pancake, nhóm chất rắn gồm những hạt xoay cuộn này đón lấy rìa bình chứa của chúng và bắt đầu quay theo chiều ngược lại.
Sử dụng một mô phỏng trên máy tính, Lee cùng với các đồng tác giả John Paul Ryan và Miranda Holmes-Cerfon, đã chứng minh rằng khi loại bỏ toàn bộ ma sát, các hạt sẽ không bao giờ chuyển sang trạng thái rắn, cho dù có bao nhiêu hạt đi chăng nữa. Nếu các hạt càng thô ráp, thì chúng chuyển từ lỏng sang rắn càng nhanh hơn.
Tham khảo: DOI: 10.1103/PhysRevE.100.012903
Nguồn: PhysOrg.com
