Collision statistics in a dilute granular gas
fluidized by vibrations in low gravity
E. Falcon1, S. Aumaître2,
P. Evesque3,
F. Palencia4, C. Lecoutre-Chabot4, S. Fauve2,
D. Beysens4, and Y. Garrabos4
1 Labo. Physique, ENS Lyon, UMR
5972 CNRS, 46 allée d'Italie, 69007 Lyon, France
2 LPS, ENS Paris, UMR 8550 CNRS, 24 rue Lhomond, 75
005 Paris, France
3 Labo MSSMat, Ecole Centrale Paris, UMR 8579 CNRS, 92 295
Chatenay-Malabry, France
4 ICMC Bordeaux, UPR 9048, av. Schweitzer, 33 608
Pessac, France
Reference:
Europhysics Letters 74, 830 - 836
(2006)
Abstract:
We report an experimental study of a dilute "gas"
of
inelastically colliding particles excited by vibrations in low gravity.
We
show that recording the collision frequency together with the impulses
on
a wall of the container gives access to several quantities of interest.
We
observe that the mean collision frequency does not scale linearly with
the
number N of particles in the container. This is due to the
dissipative
nature of the collisions and is also directly related to the
non-extensive
behaviour of the kinetic energy (the granular temperature is not
intensive).
PDF file More on microgravity experiments
and
scientific results
Statistique des
collisions d’un
gaz granulaire dilué en apesanteur
Entre
2000 et 2003, cinq campagnes de vols paraboliques en
microgravité ont été réalisées
à bord de l'Airbus A300
Zéro-G
afin d'étudier la statistique des collisions d’un
gaz granulaire dilué fluidisé par des vibrations. Une
campagne
consiste en une session de 3 vols, chaque vol permettant la
réalisation
de 30 paraboles de 22 secondes chacune de micro-gravité.
L'intérêt
de la microgravité est de se placer dans une situation
expérimentale
où les collisions inélastiques sont le seul
mécanisme
d'interaction.
Nous avons mesuré, pour la première fois en
géométrie 3D, la loi d’échelle du nombre des
collisions
à une paroi de la cellule, et celle de la distribution des
impulsions
des particules en fonction de la vitesse de vibration du piston et du
nombre
de particules présentes dans l’enceinte.
Nous montrons que la
fréquence de collisions à la paroi n'évolue pas
linéairement
avec le nombre de particules et que la distribution des
vitesses
à la paroi possède une queue exponentielle. Nous avons
souligné que ces résultats diffèrent de
façon significative de la théorie cinétique d’un
gaz usuel, et sont deux conséquences importantes de la nature
inélastique des collisions.