Aliran Pasir mirip seperti Air

Aliran Pasir mirip seperti Air

Hasil penelitian University of Chicago baru-baru ini menunjukkan bahwa materi kering dengan butiran halus seperti pasir, biji-bijian, dan butir padi mempunyai kemiripan sifat dengan zat cair, membentuk sejenis tetesan air ketika dituang dari sebuah sumber.

Penemuan ini mungkin penting bagi banyak industri yang menggunakan konsep “pencairan” partikel kering seperti kilang minyak, pabrik plastik, dan produsen farmasi.

Sebelumnya para peneliti beranggapan bahwa partikel kering kekurangan tegangan permukaan yang cukup untuk membentuk sebuah tetesan seperti zat cair biasa. Tetapi, untuk kali pertama, ahli fisika dari Material Research Science and Engineering Center di University of Chicago, yang dipimpin oleh Professor Heinrich M. Jaeger, menggunakan fotografi berkecepatan tinggi untuk mengukur tingkat tegangan permukaan dalam satuan menit dan mendeteksi formasi tetesan dari arus materi kering berbutir halus.

Jurnal ilmiah Nature melaporkan temuan ini pada edisi 25 Juni 2009. Pusat penelitian materi di University of Chicago didukung oleh National Science Foundation.

Hingga saat ini, studi mengenai arus jatuh bebas butiran halus (selanjutnya disebut arus granular) ini hanya bisa melacak perubahan bentuk arus materi kering tetapi masih belum mampu untuk meneliti evolusi sepenuhnya dari pembentukan tetesan atau mekanisme pengelompokan yang terlibat.

“Studi sebelumnya tentang arus granular dapat mendeteksi pengelompokan dengan melakukan penelitian di ruang hampa dan menunjukkan bahwa pengelompokan tersebut tidak disebabkan oleh tarikan dari lingkungan udara sekitar,” kata Jaeger. “Walaupun begitu penyebab dari pengelompokan tersebut masih merupakan sebuah misteri.”

Tetapi dalam penelitian baru ini, peneliti mengukur kekuatan skala nano yang menyebabkan formasi tetesan dengan menggunakan sebuah peralatan bergerak yang dirancang untuk kecepatan tingkat tinggi. Sebuah kamera seharga $80.000 (sekitar Rp 825 juta) yang mampu menangkap objek seperti saat seorang penerjun payung mengambil gambar rekannya yang sedang terjun bebas.

Mereka mengamati jatuhnya serpihan kaca berdiameter 100 mikrometer, atau aliran pasir, dan menemukan bahwa walaupun kekuatannya 100.000 kali lebih kecil dibanding dengan kekuatan zat cair biasa yang menghasilkan tegangan pada permukaan, namun dapat membentuk formasi tetesan dalam bentuk arus granular dan menyebabkan arus kering ini berperilaku seperti sebuah zat cair dengan tegangan permukaan yang sangat rendah.

“John Royer, mahasiswa lulusan Fisika dari University of Chicago, yang mengembangkan peralatan tersebut dan koleganya juga secara langsung mengukur interaksi antar butiran padi dengan sebuah mikroskop berskala atom.

“Mulanya kami berpikir bahwa interaksi antar butiran padi tersebut akan terlalu lemah untuk mempengaruhi arus granular tersebut,” kata Royer. “Mikroskop berskala atom mengejutkan kami dengan mendemonstrasikan bahwa perubahan kecil dalam interaksi tadi dapat menghasilkan dampak yang besar dalam memecah arus yang ada, hal ini menunjukkan bahwa interaksi inilah yang sebetulnya mengontrol formasi tetesan.”

Peneliti mengatakan pemahaman mengenai bagaimana gabungan materi kering dapat menciptakan efisiensi yang lebih besar dalam hal transportasi dan manipulasi. Farmasi yang memproduksi pil misalnya, dapat memperoleh manfaat dengan menuangkan obat dalam kuantitas yang sama dalam sebuah kapsul dan secara tidak langsung memperkecil kemungkinan materi yang terbuang.

“Estimasi menunjukkan bahwa setidaknya 60% dari kapasitas pabrik industri terbuang sehubungan dengan masalah yang terkait dengan transportasi dari material tersebut, kata Jaeger. “Oleh sebab itu, sebuah perubahan kecil saja dalam memahami bagaimana media granular berperilaku akan memberikan dampak yang sangat besar bagi industri.”

Peneliti menulis dalam penelitian bahwa “penelitian ini membuka lebar sebuah wilayah baru di mana saat ini belum ada pola pikir teoritisnya.”

“Penelitian kami menyisakan dua buah pertanyaan yang mana saat ini masih belum ada jawabannya,” kata Jaeger. “Kedua pertanyaan tersebut adalah tentang bagaimana sebuah zat cair dapat terpisah. Bagaimana perpecahan berlangsung dalam lingkup tegangan permukaan yang sangat rendah dan apa yang terjadi dengan lingkup suhu yang sangat rendah ketika partikel berhenti berpindah antara satu sama lain?

“Ini merupakan sebuah hal yang luar biasa bahwa sebuah sebuah arus granular yang mengandung partikel makrokospik menyediakan sebuah sistem model untuk menyelidikinya.” (National Science Foundation/The Epoch Times/san)