Granular physics systems

Cerita Singkat Sistem-sistem
Berbasiskan Partikel Granular
Sparisoma Viridi
Physics Department, Institut Teknologi Bandung
Jalan Ganesha 10, Bandung 40132, Indonesia
*
dudung@fi.itb.ac.id
Seminar Staf Fisika 2016 7 Maret 2016, Bandung, lndonesia 1

Outline
• Posisi fisika granular
• Sistem partikel granular
• Beberapa fenomena
• Beberapa hasil penelitian

Posisi fisika granular

Ukuran, kecepatan, jumlah
ukuran <<
kecepatan >>
jumlah partikel >>
relativitas
fisika
statistik
mekanika
kuantum
Fisika
granular
serba
tanggung!!!
mekanika
klasik

Sistem partikel granular

Bumbu-bumbu dapur
.
black pepper
brown sugar
salt
chili powder
curry powder

Serbuk minuman
.
matcha
coffee
cocoa powder
black tea
curcuma (turmeric) drink

Makanan pokok
rice
soya
corn
wheat
oat
barley

Short and grain pasta
wheat pasta
penne rigate pasta
conchiglie pasta
stortini pasta
rotini pasta

Sand art
2-d: sand painting
3-d: sand sculpture

Bencana runtuhan
landslide
avalanche
antlion trap

Gugusan butiran 'mengambang'
asteroid belt
sea ice

Beberapa fenomena

Kemacetan pada jam pasir
• Jam pasir memanfaatkan
aliran (flow) partikel granular
melalui celah untuk meng-
hitung selang waktu (sampai
ruang di bagian atas kosong)
• Terdapat ukuran minimum
celah terhadap ukuran butiran
agar aliran bersifat kontinu

Kemacetan pada jam pasir (cont.)
• Hubungan Beverloo (dimensionless flow rate)
β = 3/2 (two-dimensional flow),
C = 1.4 (fitting parameter),
c0 = 3.2 (fitting parameter),
D0 = 6.3d (continuous flow without obstacle)
F. Alonso-Marroquin, S. I. Azeesullah, S. A. Galindo-Torres, L. M. Olsen-Kettle,
Physical Review E 85, 020301(R) (2012)
( ) dgJ
cdD
C
J
J
/,
sin
/
02/1
00
0
=
−
=
θ
β

Kemacetan pada jam pasir (cont.)

Dua jenis avalansi
• Keadaan stabil h(φ)
• Koefisien gesek
h0 = 2d ≈ 480 μm,
Δμ = μ(0) – μ(∞)
A. Daerr, S. Douady, Nature 399, 241 (1999)
( ) ( )
( )[ ],/exp 0hh
h
−∆+
∞=
µ
µµ

Dua jenis avalansi (cont.)
• a  b

Dua jenis avalansi (cont.)
• a  c

Bentuk bukit pasir
• Pasir: bagian statis (bawah) dan bagian
dinamis (atas, dapat berpindah terbawa
angin)
• Terdapat kecepatan ambang agar pasir dapat
dipindahkan angin
• Peristiwa erosi dan deposisi diperhitungkan

Bentuk bukit pasir (cont.)
H. J. Herrmann, G. Sauermann, Physica A 283, 24 (2000)

Efek kacang Brasil (EKB)
• Intruder tunggal
A. Rosato, K. J. Strandburg, F. Prinz, R. H. Swendsen, Physical Review Letters
58, 1038 (1987)

EKB (cont.)
• Campuran biner

Waktu apung EKB
• Γ = 5
M.E. Möbius et al., Nature 414, 270 (2001)

Kebalikan EKB
• Garis batas
B
A
D
B
A
m
m
d
d
≈





−1
D. C. Hong, P. V. Quinn, S. Luding, Physical Review Letters 86, 3423 (2001)

Kebalikan EKB (cont.)
• Garis batas
1−








≈
s
l
s
l
d
d
ρ
ρ
A. P. J. Breu et al., Physical Review Letters 90, 014302 (2003)

g
Af 22
4π
=Γ

• Garis batas
M. P. Ciamarra et al., Physical Review Letters 96, 058001 (2006)
( ) 







+Γ+≈ 11
s
l
s
l
D
D
ρ
ρ
α

Segregasi pada gravitasi lemah
• Vibrasi pada asteroid Itokawa  sorting dan
segre-
gasi
H. Miyamoto et al., Science 316, 1011 (2007)

Aplikasi EKB pada asteroid
• Asteroid Itokawa & Eros: vkritis  osilasi  EKB
S. Masumura et al., MNRAS 443, 3368 (2014)

Di Indonesia?
• Ada yang menarik
untuk menelitinya?
• Berapakah f, A, Γ, n
yang optimum?

Efek Leidenfrost
• Fasa cair di atas fasa gas (uap cairan)

Efek Leidenfrost dalam granular
P. Eshuis et al., PRL 25, 258001 (2005)
Floating cluster
Vapourlike layer

Rotational Ratchet
• Eksperimen pemikiran
dari Marian Smo-
luchowski pada tahun
1912: baling-baling
empat bilah yang
berputar pada roda
gigi yang hanya dapat
berputar searah
http://www.physik.uni-augsburg.de/theo1/hanggi/Smoluchowski_oeuvre.pdf

Rotational Ratchet Gas Granular
P. Eshuis et al., Physical Review Letters 104, 248001 (2010)

Rotational Ratchet .. (cont.)
• Coating tak sama
pada kedua sisi
sebuah bilah baling-
baling  berputar
• Mesin dari gerak
Brown gas?
• Ada yang tertarik?

Segregasi kompetitif
R. Mikkelsen et al., Physical Review E 70, 061307 (2004)

Segregasi kompetitif (cont.)
( )
( )22
2
1
2
16 ∈−=
af
gh
D π

Osilasi dan segregasi gas granular
S. Viridi, M. Schmick, M. Markus, Physical Review E 74, 041301 (2006)

Osilasi dan segregasi gas .. (cont.)

Granular follower (3C)
K.-C. Chen et al., Journal of the Physical Society of Japan 77, 084403 (2008)


• Sudah punya ide yang lebih liar?

Beberapa hasil penelitian

EKB bola tergandeng
R. Rosyida dkk. SNIPS 2008, pp. 92-95

Konveksi di sekitar EKB
H. A. C. W. dkk. SKF 2014, pp. 95-98

Posisi intruder ↔ permukaan bed
S. Viridi. dkk. Spektra 16, 18 (2015)

Energi potensial minimum
S. Viridi. et al. AIP Conference Proceedings 1677, 070001 (2015)

Energi potensial minimum (cont.)

Prediksi gerak dengan titik kontak
S. N. Khotimah et al., Key Engineering Materials (2016) in press

Kontaktopi dan waktu naik EKB
T. Kesumah et al., IOP Conference Series: Earth and Environmental Science
31, 012001 (2016)

Pemodelan porositas  packing
R. R. Septiawan, S. Viridi, Suprijadi, Key Engineering Materials 675-676, 647
(2016)

Terima kasih

Granular physics systems

Recommended

Recommended

More Related Content

Viewers also liked

Viewers also liked (20)

More from Sparisoma Viridi

More from Sparisoma Viridi (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Granular physics systems