Selected topics in solid state physics 2
203-2-5061
Course information
- Credit points
- 3.00
- Lecture hours
- 3.00
- TA hours
- 0.00
- Lab hours
- 0.00
Summary
1. Introduction: non-equilibrium nature of granular media, phases of granular media, phase transitions in granular media, pattern formation in granular media, uses of granular media in the industry and geophysics.2. Interactions between dry and wet grains: types of granular media, grain size distribution, friction, dissipation, elastic and electrical interaction. Molecular dynamics simulations.
3. Sedimentation and surface growth, scaling and data collapse, fractal dimension and roughness exponents, finite size scaling, basics of stochastic processes and randomness, deriving equations of motion from symmetry (Landau theory)
4. Elastic and viscous behavior, viscoelasticity, dynamic linear response, basics of continuum mechanics, calculation of stress in systems of particles.
5. The jamming transition, critical behavior at point J, growing length scale and soft modes, the cutting argument, random close packing, jamming in living cells.
6. The glass transition, complex energy landscapes, compaction, the Edwards measure, Monte-Carlo simulations, detailed balance.
7. The yielding transition, reversibility transition, mesoscopic models, structural evolution, strain localization, shear band instability, avalanches, depinning, sand pile models, angle of repose.
8. Granular flows and rheology (shear thickening, shear thinning), mixing and chaos, convection, the brazil-nut effect, dimensional analysis, pi-theorem.
9. Granular gases: effective temperature and granular cooling, the Boltzmann equation.
10. Erosion and sediment transport, pattern formation in sand, aoelian processes, sand dunes, ripples.
Syllabus
- Introduction: non-equilibrium nature of granular media, phases of granular media, phase transitions in granular media, pattern formation in granular media, uses of granular media in the industry and geophysics.
- Interactions between dry and wet grains: types of granular media, grain size distribution, friction, dissipation, elastic and electrical interaction. Molecular dynamics simulations.
- Sedimentation and surface growth, scaling and data collapse, fractal dimension and roughness exponents, finite size scaling
- Basics of stochastic processes and randomness, deriving equations of motion from symmetry (Landau theory)
- Elastic and viscous behavior, viscoelasticity, dynamic linear response, basics of continuum mechanics, calculation of stress in systems of particles.
- The jamming transition, critical behavior at point J, growing length scale and soft modes, the cutting argument, random close packing, jamming in living cells.
- The glass transition, complex energy landscapes, compaction, the Edwards measure, Monte-Carlo simulations, detailed balance.
- The yielding transition, reversibility transition and hysteresis, mesoscopic models, structural evolution, strain localization, shear band instability.
- Avalanches, critical behavior, depinning, sand pile models, angle of repose.
- Granular flows and rheology (shear thickening, shear thinning), mixing and chaos, convection, the brazil-nut effect, dimensional analysis, pi-theorem.
- Granular gases: effective temperature and granular cooling, the Boltzmann equation.
- Erosion and sediment transport, pattern formation in sand, aoelian processes, sand dunes, ripples.
- Student presentation, visit to the university wind-tunnel.
Bibliography
1. Bruno Andreotti, Yoel Forterre, Olivier Pouliquen, Granular media: between fluid and solid (2013)2. Albert-Laszlo Barabasi, Harry Eugene Stanley, Fractal Concepts in Surface Growth (1995)
3. Werner Krauth, Statistical Mechanics: Algorithms and Computations (2006)
4. Michael Rubinstein, Ralph H. Colby, Polymer Physics (2003)
נושאים נבחרים במצב מוצק 2
203-2-5061
תקציר
1. מבוא לחומרים גרנולריים, פיסיקה מחוץ לשיווי משקל תרמודינמי, פאזות ומעברי פאזה בחומרים גרונלריים, תבניות בחומרים גרנולריים, שימושים בתעשייה ובגאופיזיקה.2. אינטראקציות בין גרגרים יבשים ורטובים: סוגי חומרים גרנולריים ,התפלגות גדלי גרגרים, חיכוך, דיסיפציה ואינטראקציה אלסטית וחשמלית (בין קולואידים), דינמיקה מולקולרית (molecular dynamics).
3. סדימנטציה וגדילת פני שטח, התנהגות קריטית וחוקי חזקה, מימד פרקטלי ומימד חספוס, אנליזת גודל סופי, data collapse, מבוא לתהליכים סטוכסטיים ורנדומיות, קבלת משוואות תנועה מסימטריות (תיאורית לנדאו).
4. אלסטיות וצמיגות, ויסקואלסטיות, תגובה לינארית דינמית, מבוא למכניקת רצף, חישוב מאמצים במערכת חלקיקים.
5. מעבר ההתקעות, התנהגות קריטית ליד נקודת J, אורכים אופינייים ומודים רכים, אריזה רנדומית, התקעות של צבר תאים חיים.
6. מעבר הזכוכית, משטחי אנרגיה רנדומיים, דחיסה, התפלגות אדוארדס, שיטת מונטה-קרלו, detailed balance.
7. מעבר הכניעה, מעבר להתנהגות לא-רורסיבילית, שינויים קונפיגורציה, מודלים מזוזקופיים, מפולות, לוקליזציה של המאמץ, רצועות גזירה, מודל ערימת החול, זווית השיפוע הטבעי.
8. זרימה גרנולרית ורהולוגיה, ערבוב וכאוס, קונבקציה, אפקט אגוז ברזיל, אנליזה של יחידות, משפט פיא.
9. גאזים גרנולריים, טמפרטורה אפקטיבית וקירור גרנולרי, משוואת בולצמן.
10. סחף ותנועת סדימנטים, הופעת תבניות בחול, תהליכים אואליים, דיונות וגדלוני חול.
סילבוס
- Introduction: non-equilibrium nature of granular media, phases of granular media, phase transitions in granular media, pattern formation in granular media, uses of granular media in the industry and geophysics.
- Interactions between dry and wet grains: types of granular media, grain size distribution, friction, dissipation, elastic and electrical interaction. Molecular dynamics simulations.
- Sedimentation and surface growth, scaling and data collapse, fractal dimension and roughness exponents, finite size scaling
- Basics of stochastic processes and randomness, deriving equations of motion from symmetry (Landau theory)
- Elastic and viscous behavior, viscoelasticity, dynamic linear response, basics of continuum mechanics, calculation of stress in systems of particles.
- The jamming transition, critical behavior at point J, growing length scale and soft modes, the cutting argument, random close packing, jamming in living cells.
- The glass transition, complex energy landscapes, compaction, the Edwards measure, Monte-Carlo simulations, detailed balance.
- The yielding transition, reversibility transition and hysteresis, mesoscopic models, structural evolution, strain localization, shear band instability.
- Avalanches, critical behavior, depinning, sand pile models, angle of repose.
- Granular flows and rheology (shear thickening, shear thinning), mixing and chaos, convection, the brazil-nut effect, dimensional analysis, pi-theorem.
- Granular gases: effective temperature and granular cooling, the Boltzmann equation.
- Erosion and sediment transport, pattern formation in sand, aoelian processes, sand dunes, ripples.
- Student presentation, visit to the university wind-tunnel.
ביבליוגרפיה
1. Bruno Andreotti, Yoel Forterre, Olivier Pouliquen, Granular media: between fluid and solid (2013)2. Albert-Laszlo Barabasi, Harry Eugene Stanley, Fractal Concepts in Surface Growth (1995)
3. Werner Krauth, Statistical Mechanics: Algorithms and Computations (2006)
4. Michael Rubinstein, Ralph H. Colby, Polymer Physics (2003)
Last changed on April 25, 2022 by Bar Lev, Yevgeny (ybarlev)