2020 Fiscal Year Annual Research Report
Segregation of granular media: Mechanizm of spatio-tempral structure of dissipative multi-particle systems
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18K03463
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
稲垣 紫緒 九州大学, 理学研究院, 准教授 (20452261)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 非平衡物理学 / 粉粒体物理学 / 物性実験 / 非平衡散逸系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
粉粒体とは、熱ゆらぎの影響を受けない程度に十分大きな粒子の集合である。そのため外部から力学的駆動を受けた際、拡散による混合よりも、同じ粒子同士が集まって分離しやすい傾向があることが知られている。サイズ分離現象のひとつとして、大きさや比重の異なる2 種類の粒子を円筒容器に入れ、容器を水平に置いた状態で回転させると粒子が分離し、軸に並行な方向に縞模様(バンド)が形成されることが知られている。これまでの先行研究で、粒子の比重が等しい場合に、軸方向の分離が起こる条件は調べられてきているが、比重比が1でない場合にはどういう条件でバンドが形成されるかは明らかになっていない。より一般的に、いかなる比重・サイズの組み合わせでバンドが形成されるのかを明らかにするために、今回我々はサイズや比重、円筒容器の内径を系統的に変えて実験を行った。従来、大きい粒子の動的安息角（容器が回転している時に粒子が形成する斜面の角度）が小さい粒子のそれより小さい時に軸方向の分離が起こると言われていたが、実際にはこの条件がほとんど成り立っていないことが分かった。また、回転速度を固定したときに、バンドが形成される条件は、粒子サイズ、比重、円筒容器の内径、という3つのパラメータで決まることが分かった。最初に現れるバンドの本数も、この3つのパラメータの組み合わせからなる物理量と線形の関係にあることが実験的にわかった。縞模様の形成は、比重とサイズ、円筒容器の内径が重要な役割を果たすと考えられるが、そのメカニズムについて今後考えていきたい。
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