Physikalische Sandkastenspiele für die Materialforschung - wissenschaft.de
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Physikalische Sandkastenspiele für die Materialforschung

Ein Forscherteam in Marseille hat das Verhalten von granularer Materie am Beispiel von Sand untersucht und ist dabei zu überraschenden Erkenntnissen über deren Dynamik gekommen. Die Ergebnisse sind von elementarem Interesse für verschiedene Bereiche wie beispielsweise die Herstellung von hochbelastbaren Materialien oder die Lawinenforschung. Einen Bericht darüber haben die Forscher in der aktuellen Ausgabe der Physical Review Letters veröffentlicht.

Die Wissenschaftler Y. Forterre und O. Pouliquen untersuchten die Bewegung von Sandlawinen anhand von schiefen Ebenen, an denen Sand hinabgleitet. Mittels eines ausgeklügelten optischen Detektorensystems gelang es ihnen, die Bewegung einzelner Sandkörner während der Lawinenbewegung zu verfolgen. Sie stellten dabei überraschenderweise fest, dass während der Lawinenbewegung spontan kleine Wirbel und Wellenbewegungen entstehen. Sandkörner in Wellentälern wandern dabei zu Wellengipfeln und umgekehrt.

Die Forscher erklären dies mit einer erhöhten Reibung an der Grenzfläche zwischen der schiefen Ebene und dem Sand, welche die Zitterbewegung der sich dort befindlichen Sandkörner erhöht. Damit erhöht sich deren Temperatur, was zu einer Verringerung ihrer Dichte führt – die Sandkörner wandern an die Oberfläche, so wie heiße Luft über kalte Luft aufsteigt. Diese Ergebnisse sind auf alle Bereiche der Materialforschung von körniger Materie sowie für die genauere Erforschung von Lawinen anwendbar.

Sand ist ein einfaches Beispiel von sogenannter granularer Materie. Dabei handelt es sich um Stoffe, die sich durch ihre Grobkörnigkeit auszeichnen. Sie besitzen Eigenschaften sowohl von Festkörpern als auch von Flüssigkeiten und Gasen.

Stefan Maier
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