Stirred, not shaken

03/12/2017 0 comentarios
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Revolver en vez de agitar: esa parece ser la mejor manera de ordenar partículas poliédricas

"Shaken not stirred": así pedía James Bond su Dry Martini. Pero el reportaje que escribe Mark Buchanan sobre una reciente investigación llevada a cabo en mi laboratorio se titula así: stirred, not shaken; es decir, revuelto, pero sin agitar. Es sabido que para compactar un medio granular se pueden dar golpecitos al recipiente; en muchas industrias se utiliza la vibración o la agitación para compactar los granulados. Pero si los granos tienen caras planas, la cosa cambia. Un vídeo lo explica mejor que las palabras.

Casi por casualidad, Karol Asencio, Manuel Acevedo, Iker Zuriguel y Diego Maza descubrieron que al girar alternativamente hacia un lado y otro un recipiente lleno de cubos estos se ordenaban alineando sus caras planas con la pared, y formando capas concéntricas, como una cebolla. La razón es que las caras planas reaccionan así al esfuerzo cortante, o cizalla. Realizaron el experimento metiendo un gran número de dados en un recipiente cilíndrico. Este recipiente lo hicieron girar sobre su eje muchas veces, en un sentido y otro, alternativamente. He aquí el resultado:

dados

El artículo donde se recoge este estudio ha aparecido hace poco en Physical Review Letters, y forma parte de la selección de los editores, que además han ilustrado la portada de la revista con una foto del experimento.

El protocolo que normalmente se usa para compactar granos ("taps", o golpes secos por lo general en la dirección vertical) no garantiza que se alcance un estado bien determinado, ni la máxima densidad posible. Además, la evolución temporal se vuelve cada vez más lenta conforme el medio se va compactando (un envejecimiento en escala logarítmica). Aquí, en cambio, no sirven esos conceptos. El estado final es siempre el mismo, y la dinámica es diferente a ese envejecimiento.

El hecho de que las partículas se alineen con las paredes del recipiente hace que la entropía configuracional aumente. Dicho de otra manera: en la fotografía de arriba, las partículas tienen más libertad de movimiento cuando están ordenadas que cuando están desordenadas. Los dados alineados pueden deslizar unos sobre otros y respecto a las paredes; no así cuando están desordenados, formando un apilamiento hiperestático. De modo que en este caso, más "orden" implica más entropía, en el sentido de que el número de estados accesibles es mayor. Según los autores, esta idea probablemente resulte válida para otras partículas poliédricas que no sean cubos.