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凝聚态物理 > 软凝聚态物理

arXiv:2507.05420 (cond-mat)
[提交于 2025年7月7日 ]

标题: 两种尺寸的阻塞盘在通道中:由立体力驱动的分离

标题: Jammed disks of two sizes in a channel: segregation driven by steric forces

Authors:Dan Liu, Michael Karbach, Gerhard Müller
摘要: 两个尺寸的圆盘被限制在一个长而窄的通道中。 通道的轴线和平面是水平的。 通道由活塞封闭,这些活塞将松散的圆盘配置冻结成堵塞的微观状态,这些配置被以校准强度随机扰动,并受到中等压力。 圆盘尺寸和通道宽度使得在堵塞时没有圆盘保持松散,所有圆盘都接触一侧墙壁。 该协议允许圆盘在堵塞前相互移动,这有助于大圆盘和小圆盘序列的随机性。 我们给出了关于堵塞宏观状态表征的精确结果,包括体积和熵,这些作为小圆盘和大圆盘分数的函数,依赖于与堵塞协议相关的能量参数。 我们的分析将堵塞微观状态的圆盘序列划分为重叠的瓷砖,从中构建出17种统计相互作用的准粒子种类。 然后,堵塞宏观状态取决于小圆盘和大圆盘的分数以及一个无量纲控制参数,该参数从对抗活塞的膨胀功测量值和随机扰动强度中推断得出。 引入了两种模型用于比较关键的技术方面:一种模型强调对称性,另一种强调机械稳定性。 我们区分了能量参数的区域,这些区域要么增强要么抑制堵塞宏观状态中圆盘尺寸的混合。 后一种情况,如果可实现的话,是仅由立体力驱动的颗粒分离的表现,而没有方向偏差。
摘要: Disks of two sizes are confined to a long and narrow channel. The axis and the plane of the channel are horizontal. The channel is closed off by pistons that freeze jammed microstates out of loose disk configurations, agitated randomly at calibrated intensity and subject to moderate pressure. Disk sizes and channel width are such that under jamming no disks remain loose and all disks touch one wall. The protocol permits disks to move past each other prior to jamming, which facilitates randomness in the sequence of large and small disks. We present exact results for the characterization of jammed macrostates including volume and entropy for given fractions of small and large disks as functions of energy parameters which depend on the jamming protocol. Our analysis divides the disk sequence of jammed microstates into overlapping tiles out of which we construct 17 species of statistically interacting quasiparticles. Jammed macrostates then depend on the fractions of small and large disks and on a dimensionless control parameter inferred from measures for expansion work against the pistons and intensity of random agitations. Two models are introduced for comparison of key technical aspects: one model emphasizes symmetry and the other mechanical stability. We distinguish regimes for the energy parameters that either enhance or suppress mixing of disk sizes in jammed macrostates. The latter case, if realizable, is a manifestation of grain segregation driven by steric forces alone, without directional bias.
评论: 19页,13图,8表
主题: 软凝聚态物理 (cond-mat.soft)
引用方式: arXiv:2507.05420 [cond-mat.soft]
  (或者 arXiv:2507.05420v1 [cond-mat.soft] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.05420
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来自: Gerhard Müller [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 7 月 7 日 19:07:11 UTC (1,461 KB)
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