"שיתוף פעולה" בין חלקיקים

מחקר חדש מגלה איך יחידות בודדות בתוך מערכת מצליחות "לשכנע" גם גופים שרחוקים מהן מרחק רב לנוע איתן

אינטראקציות ארוכות טווח בין גופים הן מקור לתופעות רבות ומגוונות. אלה יכולות להיות להקה של ציפורים הנעה כיחידה אחת, קבוצת נמלים שמובילה מזון או מכוניות הנעות בפקקים במעלה הקסטל. בכל המקרים יחידות בודדות מצליחות להעביר מידע לשאר הקבוצה בטווח ארוך וביעילות גבוהה. חוקרים מהמכון הטכנולוגי של מסצו'סטס (MIT) הצליחו כעת להדגים את קיומן של אינטראקציות כאלה במערכת הרבה יותר פשוטה – כדוריות מתכת שנעות בתוך שכבה דקה של נוזל.

כל נהג בישראל מכיר את זה: התנועה מאטה לכאורה בלי כל סיבה נראית לעין, עד שהנהג נאלץ לעצור לחלוטין. איך זה יכול לקרות? הרי רק לפני רגע כולם נסעו מהר?

כדי להבין את המקור לכל הצרות נחשוב על טור של מאה מכוניות שנוסעות בנתיב אחד במהירות קבועה של 90 קמ"ש ושומרות על מרחק תקין בין המכוניות. לכאורה הן יכולות להמשיך בדרכן בלי שום קושי, וגם אם יהיו עוד 300 מכוניות בטור הן יוכלו להצטרף בקלות לטור והתנועה תזרום.

פרסום

עכשיו נניח שהמכונית הראשונה בטור מאטה בגלל פנייה חדה או יציאה במחלף, או כדי לא לדרוס חתולה שהתפרצה לכביש. המכונית הראשונה תבלום חזק, המכונית שאחריה תיאלץ גם כן לבלום וכן הלאה. ייתכן שאפילו הנהג האחרון בטור ייאלץ להגיב לאותה הפרעה, אף על פי שהוא לא רואה לפניו שום חתולה או פניה.

בצורה הזו המידע על הסכנה בדרך עבר מהמכונית הראשונה לאחרונה בטור על ידי תנועת הטור והבלימה של המכונית הראשונה הגיעה עד לאחרונה – וזו אינטראקציה ארוכת טווח. בצורה דומה יכולה קבוצה של נמלים לנווט בחזרה אל הקן על ידי סימוני ריח שמשאירות הנמלים זו לזו, ולהקת ציפורים יכולות לעוף כיחידה אחת כשכל ציפור עוקבת אחרי שכנותיה.

בניסוי של MIT הניחו החוקרים כדוריות מתכת בתוך שכבה דקה של נוזל עם כדוריות לא מתכתיות. בעזרת שדות מגנטיים הם סחררו את כדוריות המתכת במהירות גבוהה. תנועת הכדוריות יצרה זרמים בנוזל שהזיזו את הכדוריות האחרות בסביבתן, ואלו הניעו כדוריות נוספות, עד שהתנועה התקדמה דרך הכדוריות הלא מתכתיות. החוקרים הופתעו למצוא שהכדוריות המתכתיות "הרגישו" זו את זו על פני מרחקים ארוכים מאוד – עד פי עשרה מגודל הכדוריות עצמן!

לאחר שחיכו מספיק זמן מצאו החוקרים שכדוריות המתכת התרכזו במקום אחד – כלומר התנועה הסיבובית של הנוזל יצרה כוחות משיכה ביניהן. המנגנון הזה מעניין, מכיוון שכל כדורית מתכת משפיעה רק על הסביבה הקרובה לה ותנועת הכדוריות אקראית לכאורה. אך אף על פי שכדוריות המתכת רחוקות זו מזו, התנועה מתקדמת הלאה ונוצרים ביניהן כוחות משיכה ארוכי טווח.

החוקרים הראו גם שרק כשיש כמות מספקת של כדוריות לא מתכתיות התנועה יכולה להתקדם ומופיעים כוחות המשיכה – כלומר הכדוריות הניטרליות הן חלק מהותי מהמשיכה בין חברותיהן המתכתיות.

פרסום

המחקר מציג תצפית ראשונה על מערכת של חלקיקים פעילים (כדוריות המתכת המסתובבות) הנעים בסביבה סבילה (הכדוריות הלא מתכתיות). זה בדיוק סוג המערכות שקשה לדמות באמצעות מחשבים, מאחר שצריך לדעת לחשב את מקומם של חלקיקים רבים מאוד ואת ההשפעה ההדדית ביניהם.

מנגנונים דומים של כוחות משיכה ארוכי טווח יכולים להימצא גם בתנועה של תאים חיים. התאים נמצאים לרוב בסביבת נוזל עם חלקיקים רבים מסביבם, ויוכלו להשתמש בצורה דומה בחלקיקים בנוזל כדי ליצור יחסי ק\גומלין ארוכי טווח.

23 במאי, 2016

Print Friendly, PDF & Email

פה יבוא באנר

תודה שאתם מבקרים בפורטל "טכנו נט". טכנו נט נט היינו פורטל מקצועי ומקיף לתחום הטכנולוגיה והתעשייה באתר תוכלו למצוא אינפורמציה מקצועית שחשובה לכם ומאגר ספקים גדול מתחום המתכת,פלסטיק, זיווד ואריזה, הייטק, אוצומציה וסייבר

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

כתבות נוספות

ממעוף הלוויין: המערכת שעוקבת מרחוק אחר שיקום היערות ונזקי המלחמהממעוף הלווי...

3 ביוני 2024

בחירת הקומפרסור המתאים למכונת ניקוי חול: מדריך מקיף

29 במאי 2024

בעזרת מכ"ם ניתן לזהות לראשונה להקות של עופות גדולים ולמנוע תאונות עם כלי טי...

19 במרץ 2024

כרסום ספוג בCNC

3 במרץ 2024

ההטמעה של טכנולוגיות מתקדמות בתעשייה החכמה

17 בדצמבר 2023

יפן- נפלאות הטכנולוגיה של היום יום
ממעוף הלוויין: המערכת שעוקבת מרחוק אחר שיקום היערות ונזקי המלחמהממעוף הלווי...

3 ביוני 2024

בחירת הקומפרסור המתאים למכונת ניקוי חול: מדריך מקיף

29 במאי 2024

בעזרת מכ"ם ניתן לזהות לראשונה להקות של עופות גדולים ולמנוע תאונות עם כלי טי...

19 במרץ 2024

כרסום ספוג בCNC

3 במרץ 2024

תמיד לדעת לפני כולם

השארו מעודכנים

השאירו פרטים לקבלת עידכונים למייל

כדי להיות תמיד מעודכנים