Міжнародна група вчених з Німеччини та Китаю за допомогою чисельного моделювання пояснила механізм капілярного ефекту в дрібнодисперсних сипучих середовищах, таких, як пісок. Дослідження опубліковано в журналі
Капілярний ефект полягає в підйомі або опусканні рідини у вузьких каналах або пористих тілах. Це відбувається за рахунок того, що рідина прагне змочити поверхню каналу і піднятися вгору, незважаючи на силу тяжіння. На цьому ефекті засновано безліч побутових явищ, таких, як вбирання рідини з рук рушником, кулькова ручка, що постійно «підкачує» чорнило зі стрижня та інші.
Схожий на капілярний ефект можна спостерігати в дрібнодисперсних сипучих матеріалах, таких, як дрібний пісок. При наявності вібрації такі матеріали піднімаються вгору по капілярам подібно рідини. Довгий час залишалося неясним, який механізм цього ефекту в сипучих матеріалах.
Для того, щоб з'ясувати це, вчені вирішили використовувати високоточне математичне моделювання. Дослідники створили віртуальний контейнер, заповнений сферичними частинками з діаметром 0,6 міліметрів. У центр контейнера поміщалася трубка з діаметром вісім міліметрів. Потім симулювався рух трубки вгору-вниз з частотою в кілька герц, в результаті чого частинки піднімалися вгору по трубці на висоту в кілька сантиметрів, причому подальше моделювання показало, що висота підйому (по суті, величина, аналогічна висоті підйому меніска в рідинах) залежить від діаметра трубки по-різному. В одному випадку залежність аналогічна такій в рідинах, і описується формулою Жюрена. В іншому вона лінейна, і така поведінка не зустрічається в рідинах. Залежність визначалася співвідношенням розміру трубки і розміру частинок.
Вчені вирішили змінити умови моделювання і зробили стінки контейнера абсолютно гладкими і такими, що не викликають тертя. В таких умовах капілярний ефект не проявлявся. Проаналізувавши результати, вчені зробили висновок, що ефект обумовлений гранулярною конвекцією, також відомою, як ефект Бразильського горіха (якщо взяти суміш сухофруктів і потрясти, більш великі горіхи піднімуться нагору, а дрібні опустяться). Таким чином, ефект визначається тертям, а не тяжінням між самими частинками, як у рідинах. Частинки біля стінок контейнера рухаються вниз, тоді як частинки в центрі рухаються вгору. Через це створюється тиск, що змушує частинки підніматися трубкою.
Вчені вважають, що цей ефект можна використовувати для створення незвичайного насоса, здатного збирати частинки без створення градієнта тиску, як відбувається в традиційних насосах.
Нещодавно італійські вчені створили молекулярну шестірню на основі капілярного ефекту.