résoudre-le-problème-des-crêpes
Si vous tournez un verre de vin dans le sens des aiguilles d’une montre, le vin à l’intérieur tournera également dans le sens des aiguilles d’une montre. Mais si vous faites une crêpe et que vous tournez la casserole dans le sens des aiguilles d’une montre, la crêpe tournera dans le sens contraire des aiguilles d’une montre. Vous ne nous croyez pas? Allez l’essayer.

Ce serait une question de friction

La même chose se passe avec un verre de perles. Quelques perles tournent dans le sens des aiguilles d’une montre lorsque le verre est tourné dans le sens des aiguilles d’une montre. Cependant, beaucoup de perles dans un verre tourneront dans le sens contraire.
«C’est un comportement vraiment surprenant car, contrairement au vin et aux crêpes, ce sont exactement les mêmes objets, exactement dans la même situation», a déclaré Lisa Lee, une étudiante de troisième cycle en physique appliquée de la Harvard School of Engineering et des sciences appliquées de Harvard. (Mers).
Lee et le reste de l’équipe de recherche ont entrepris de comprendre physiquement pourquoi des ensembles de particules se comportent de la sorte. En fin de compte, tout est question de friction.

Un matériau granulaire

Un groupe de perles fait partie d’une classe de matériaux appelée matériaux granulaires, une collection de particules macroscopiques, telles que le sable, la neige ou un pot de noix.
Si le vin tourne dans le sens des aiguilles d’une montre alors que les crêpes tournent dans le sens opposé, c’est parce que le vin est un liquide semblable au support granulaire ayant un faible frottement, tandis que les crêpes sont un solide semblable au support granulaire avec un fort frottement. Lorsque vous tournez un plat à crêpes, les bords de la crêpe attrapent les bords du plateau et font pivoter ce délicieux repas du petit déjeuner dans la direction opposée.
«Les collections de particules macroscopiques sont très intéressantes car, selon leurs conditions, elles peuvent se comporter comme un liquide ou un solide», a déclaré Lee. « Le sable dans un sablier, par exemple, coule comme un liquide, mais le sable sur une plage se comporte comme un solide supportant votre poids. »
La manière dont ces objets passent de l’état liquide à l’état solide est une question ouverte depuis des décennies. Lee et l’équipe de recherche ont découvert que le frottement effectif des petits groupes de billes était inférieur à celui des grands groupes de perles, ce qui produisait la transition du liquide au solide.

Une particule qui roule dans une direction rencontre très peu de friction

« Une particule qui roule dans une direction rencontre très peu de friction », a déclaré Lee. « Mais beaucoup de particules, roulant dans la même direction, toutes en contact les unes avec les autres, subissent beaucoup de frictions, amenant le groupe à se solidifier et à changer de comportement. » Comme des crêpes, ce groupe solide de particules tourbillonnantes saisit les bords de leur contenant et commence à tourner dans le sens opposé.
À l’aide d’une simulation informatique, Lee, accompagné des coauteurs John Paul Ryan et Miranda Holmes-Cerfon, a démontré qu’une fois les frictions éliminées, les particules ne se solidifiaient jamais, quel que soit leur nombre. Si les particules étaient plus grosses, elles passaient plus rapidement de l’état liquide au solide.
«Cette expérience est un cas intéressant de comportements de la taille des systèmes émergeant des interactions locales d’éléments individuels», a déclaré Shmuel Rubinstein, professeur agrégé de physique appliquée et auteur principal de cette étude.

L’émergence d’une circulation cohérente

«L’émergence d’une circulation cohérente a récemment fait l’objet d’un vif intérêt, par exemple dans le cas de la turbulence 2D ou des spinners. C’est cool de pouvoir obtenir une physique similaire avec un plat de crêpes et une poignée de billes. »
Cette recherche a été publiée dans Physical Review E.
Source : Harvard University
Crédit photo : Pixabay