भूकंप की पूर्व चेतावनी देने में मदद कर सकता है तरल गतिकी में नया प्रायोगिक ढांचा

Scientists have developed a novel experimental framework in fluid dynamics to describe deformation in disordered soft solids formed by mixing solid grains at significant proportions in a simple liquid which can help in developing early warning systems to minimize damage due to catastrophic events like landslides/earthquakes. Granular systems exist all around us — in material processing industries that deal with dry grains and slurries flowing through pipelines over large distances and in catastrophic natural phenomena like earthquakes and landslides.

 

-uttarakhandhimalaya.in-

वैज्ञानिकों ने तरल गतिकी में एक नया प्रायोगिक ढांचा विकसित किया है, जो ठोस अनाज को एक साधारण तरल में महत्वपूर्ण अनुपात में मिलाकर बनने वाले अव्यवस्थित नरम ठोस पदार्थों में डीफॉर्मेशन को डिस्क्राइब करता है, जिससे भूस्खलन/भूकंप जैसी विनाशकारी घटनाओं के कारण होने वाली क्षति को कम करने के लिए प्रारंभिक चेतावनी प्रणाली विकसित करने में मदद मिल सकती है।

सामग्री प्रसंस्करण उद्योगों में ग्रैन्यलर सिस्टम हमारे चारों ओर मौजूद हैं, जो बड़ी दूरी पर पाइपलाइनों के माध्यम से बहने वाले सूखे अनाज और गारे तथा भूकंप व भूस्खलन जैसी विनाशकारी प्राकृतिक घटनाओं से डील करते हैं।

इन प्रणालियों में अनाज शामिल होते हैं जो अनिवार्य रूप से चावल के दानों के समान होते हैं  चावल के इन दानों को कंटेनर को हिलाकर बेहतर तरीके से कंटेनर में पैक किया जा सकता है। झटकों से आने वाली ताकतें अनाज को धीरे-धीरे उस स्तर तक अधिक सघन बनाती हैं, जब तक कि यह संघनन की एक महत्वपूर्ण डिग्री तक नहीं पहुंच जाता। विशेष बात यह है कि इस तरह के महत्वपूर्ण संघनन अंतर-कण घर्षण, कणों के आकार, चिपचिपापन आदि से आने वाले अनाज के बीच पारस्परिक क्रिया के बारे में जानकारी को एन्कोड करते हैं।

यद्यपि यह पिछले अध्ययनों से सर्वविदित है कि डीप सस्पेन्शन में जटिल प्रवाह व्यवहार अंतर-कण अंतःक्रियाओं द्वारा निर्धारित किया जाता है, प्रवाह व्यवहार और अंतर-कण अंतःक्रियाओं के बीच एक मात्रात्मक सहसंबंध अनुपस्थित रहता है।

विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग के एक स्वायत्त संस्थान रमन रिसर्च इंस्टीट्यूट के शोधकर्ताओं के एक समूह ने एक नया प्रायोगिक ढांचा प्रस्तावित किया है, जो तरल गतिकी की अवधारणा को जोड़ता है और साधारण तरल पदार्थों में दानेदार कणों को फैलाने से बनने वाले अव्यवस्थित नरम ठोस पदार्थों में विकृति एवं विफलता का वर्णन करने के लिए अनाज कैसे उच्च पर्याप्त संघनन (जैमिंग संक्रमण कहा जाता है) पर धीरे-धीरे स्थिर हो जाता है। उन्होंने प्रवाह व्यवहार तथा अंतर-कण अंतःक्रियाओं के बीच एक मात्रात्मक सहसंबंध स्थापित किया है और इसे एक विस्तृत पैरामीटर सीमा पर मान्य किया गया है।

शोधकर्ताओं ने डीप सस्पेन्शन को समझने के लिए चावल के दानों के संघनन से प्रेरित अवधारणा का उपयोग किया है और सर्फेक्टेंट (जो अनिवार्य रूप से साबुन के अणु हैं) का उपयोग करके अंतर-कण अंतःक्रियाओं को ट्यून करके इस विचार की पुष्टि की है।

शीयर-रियोलॉजी जैसी प्रायोगिक तकनीकों के संयोजन का उपयोग करना जो सामग्री के बल विरूपण प्रतिक्रिया को अनिवार्य रूप से मापता है, संघनन की डिग्री निर्धारित करने के लिए कण का निपटान और और बाउंड्री इमेजिंग प्रणाली में प्रवाह की प्रकृति का निरीक्षण करने के लिए वे हाल ही में जर्नल कम्युनिकेशंस फिजिक्स जर्नल ऑफ नेचर पब्लिशिंग ग्रुप में प्रकाशित एक पेपर में मात्रात्मक तरीके से इस तरह के सहसंबंध को स्थापित करते हैं।

प्रकाशन लिंक: https://www.nature.com/articles/s42005-022-00904-4

 

 

बाएं और दाएं दोनों चित्र पैराफिन तेल में बिखरे हुए कॉर्नस्टार्च (सीएस) कणों को दिखाते हैं। बाईं ओर, हम देखते हैं कि सीएस कण तेल में बिखरने पर गुच्छों का निर्माण करते हैं। लेकिन, सर्फेक्टेंट को जोड़कर जो अनिवार्य रूप से साबुन के अणु होते हैं, सीएस कणों को कुशलता से पैक करने के लिए बनाये जा सकते हैं, जो कि हम दाईं ओर देखते हैं। स्केल बार (पीले रंग में दिखाया गया है) 75 माइक्रोन की लंबाई दर्शाता है। छवियों को एक 20X उद्देश्य के साथ एक लेजर स्कैनिंग कन्फोकल माइक्रोस्कोप का उपयोग करके लिया जाता है। फ्लोरेसिन डाई का उपयोग करके कणों को फ्लोरोसेंटली लेबल किया जाता है।