Granulare Materie

  Granulare Materie (auch ein Granulares Medium oder Granulat genannt) besteht aus vielen kleinen, festen Partikeln wie Körnern oder Kugeln. Beispiele für diesen Zustand sind Sand, Puder oder in großen Mengen auch Murmeln.

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Wichtige Abgrenzungsmerkmale sind, dass die Teilchen makroskopische Größe haben, also weder durch Quanteneffekte noch thermische Bewegung gestört werden, und nur über Kontaktkräfte wechselwirken. Es handelt sich nicht um einen Aggregatzustand der Materie an sich, sondern um die kollektiven Eigenschaften einer Ansammlung von Festkörpern. Auffälligste Eigenschaft granularer Materie ist, dass sie sich manchmal wie ein Festkörper verhält - beispielsweise können Steine auf Sand liegen, ohne einzusinken - und manchmal wie eine Flüssigkeit - so passt sich Sand der Form eines Gefäßes an und „fließt“ bei Kippen aus ihm heraus.

Die Physik der granularen Materie beruht auf einfachen mechanischen und, bei genügend kleinen Partikeln, elektrostatischen Interaktionen, durch die große Zahl der Reaktionspartner entsteht jedoch ein Vielkörperproblem mit hoher Komplexität, das zu vielfältigen Effekten führt. Ein Beispiel ist der Paranuss-Effekt, bei dem in einem Gemisch verschieden großer Partikel die größeren an die Oberfläche driften. Die Eigenschaften granularer Materie ändern sich stark, wenn ihr geringe Mengen an Flüssigkeit zugefügt werden, da diese die Reibung der Teilchen senken und durch Kohäsion zu gegenseitiger Anziehung führen kann. So erklärt sich etwa die Standfestigkeit von Sandburgen.

Granulare Materie ist erst seit wenigen Jahren ein aktives Forschungsgebiet, sodass viele Phänomene zwar aus dem Alltag oder physikalischen Experimenten bekannt, aber theoretisch noch nicht sauber erklärt sind. Erkenntnisse auf diesem Gebiet können jedoch von großer Bedeutung für Fertigungsprozesse und Lagerhaltung in der Industrie sein. Hier werden üblicherweise die Begriffe Haufwerk und Schüttgut verwendet.