שיתוף פעולה בין חלקיקים

אינדקס חברות וספקים

חגי אדרי

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

פרסום

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.

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.

פרסום

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.

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.

Print Friendly, PDF & Email
מצטרפים לדף הפייסבוק של מכניקה-נט ונשארים מעודכנים כל הזמן‎

אודות מערכת פורטל מכניקה נט

אנו שמחים להביא בעמוד זה מידע לתועלת הציבור. יחד עם זאת התכנים אינם מהווים עצה, המלצה או את עמדת האתר , ועל כל משתמש לבחון את המידע ולשקול איזה שימוש ראוי לעשות בו, רשימה זו אינה ממצה ואינה תחליף לייעוץ משפטי. אין באמור לגרוע מהאמור בתקנון האתר, לרבות בנוגע להגבלת אחריות. מערכת פורטל מכניקה נט עושה כמיטב יכולתה להביא בפניכם חדשות , כתבות ,מחקרים ,ידיעות מהארץ העולם ועוד המון אינפורמציה בתחום תעשיית המתכת תעשיית הזיווד הפלסטיק והגומי . בכל הצעה בקשה רעיון נשמח באם תיצרו קשר / כמו כן אנו מכבדים זכויות יוצרים ועושים מאמץ לאתר את בעלי הזכויות בצילומים המגיעים לידינו. אם זיהיתים בפרסומינו צילום שיש לכם זכויות בו, אתם רשאים לפנות אלינו ולבקש לחדול מהשימוש באמצעות כתובת המייל:[email protected]

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

הרשמו לניוזלטר

כדי להיות תמיד מעודכנים