Si vous faites tourner 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 aux myrtilles et que vous faites tourner la poêle dans le sens des aiguilles d'une montre, la crêpe va tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Ne nous croyez pas ? Allez l'essayer.

La même chose se produit avec un verre de perles. Quelques perles tourneront 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 lorsqu'elles sont tournées dans le sens des aiguilles d'une montre tourneront dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.

"C'est un comportement vraiment surprenant parce que, contrairement au vin et aux crêpes, ce sont exactement les mêmes objets, exactement dans la même situation, " a déclaré Lisa Lee, un étudiant diplômé en physique appliquée à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).

Lee et le reste de l'équipe de recherche ont entrepris de comprendre physiquement pourquoi les collections de particules se comportent ainsi. Comme il s'avère, tout est question de friction.

La recherche a été publiée dans Examen physique E .

Un groupe de billes fait partie d'une classe de matériaux appelés milieux granulaires, un ensemble de particules macroscopiques, comme du sable, neige ou un pot de noix.

La raison pour laquelle le vin tourne dans le sens des aiguilles d'une montre lorsqu'il est tourbillonné dans le sens des aiguilles d'une montre tandis que les crêpes tournent dans le sens opposé est que le vin est un liquide, similaire aux médias granulaires sous faible friction, tandis que les crêpes sont solides, similaire aux médias granulaires sous haute friction. Lorsqu'une poêle à crêpes est agitée, les bords de la crêpe attraperont les bords de la casserole et feront tourner les délicieux aliments du petit-déjeuner dans la direction opposée.

« Les collections de particules macroscopiques sont très intéressantes car, selon leurs conditions, ils peuvent se comporter comme un liquide ou un solide, " dit Lee. " Du sable dans un sablier, par exemple, coule comme un liquide mais le sable d'une plage se comporte comme un solide supportant votre poids."

La façon 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 les petits groupes de billes avaient un frottement efficace inférieur à celui des grands groupes de billes, entraînant le passage du liquide au solide.

"Une particule roulant dans une direction rencontre très peu de friction, " dit Lee. " Mais beaucoup de particules, rouler dans le même sens, tous en contact les uns avec les autres, éprouver beaucoup de frictions, ce qui a amené le groupe à se solidifier et à changer de comportement."

Comme des crêpes, ce groupe solide de particules tourbillonnantes saisit les bords de leur conteneur et commence à tourner dans le sens opposé.

A l'aide d'une simulation informatique, Lee, avec les co-auteurs John Paul Ryan et Miranda Holmes-Cerfon, démontré que lorsque toutes les frictions ont été supprimées, les particules ne se sont jamais solidifiées, peu importe combien il y en avait. Si les particules étaient plus rugueuses, ils sont passés plus rapidement du liquide au solide.

"Cette expérience est un cas intéressant de comportements de taille système émergeant des interactions locales d'éléments individuels, " a déclaré Shmuel Rubinstein, Professeur agrégé de physique appliquée à SEAS et auteur principal de l'étude. « L'émergence d'une circulation cohérente fait l'objet de beaucoup d'intérêt ces derniers temps, par exemple dans le cas de turbulences 2D ou de spinners actifs. C'est cool qu'une physique similaire puisse également être obtenue de manière triviale avec un plat et une poignée de billes."