levossa oleva hiekka ei oikeastaan käyttäydy kuin neste, se käyttäytyy enemmänkin kiinteän aineen tavoin. Kun osut litteän hiekkakasan pintaan laakealla suurella esineellä, raetiheydessä on vain häviävän pieni aalto kasan pääosan sisällä. Itse asiassa hallitseva aalto on monimutkainen ääniaalto sisällä jyvät, ohitettu rajapinnat niiden välillä, ja tämä haihtuu hyvin nopeasti, koska epätäydellisyydet.
mutta hiekka alkaa käyttäytyä hieman kuin hyvin erityinen neste, jos se on erityisen dynaamisessa ja riittävän tiheässä järjestelmässä, jota kutsutaan rakeiseksi virtaukseksi (tässä olet oikeassa, että painovoima yleensä auttaa ylläpitämään tiheyttä). Muodollinen kriteeri on, että sillä on oltava riittävän suuri leikkausnopeus tai keskimääräisten nopeuksien gradientti. Esimerkkinä tästä ovat hiekkakasan liikkuvat osat, kun sitä kaadetaan siilosta. Sitten on mahdollista kirjoittaa alas tehokas joukko Navierin-Stokesin yhtälöt sen käyttäytymistä kannalta tiheydet, paine, ja irtotavarana nopeudet, jotka ovat samantyyppisiä yhtälöitä, jotka ohjaavat dynamiikkaa veden.
Varo kuitenkin, että tässäkin tilassa ”hiekkanesteiden” käyttäytyminen on hyvin ei-newtonilaisen nesteen käyttäytymistä, asettaen sen samalle tasolle nesteiden, kuten paksun liman, hartsin tai ketsupin, käyttäytymisen kanssa. Yksi erityispiirre on se, että eri nopeuksien hiekkakerrosten välinen vuorovaikutus riippuu melko Ei-intuitiivisella tavalla kerrosten suhteellisesta nopeudesta. Myös viljan virtauksen hajonta on erittäin suurta ja ilman ulkoista ajoa se tappaa nopeasti kaikki keritsemiset. Ja kun leikkausnopeus laskee alle kriittisen tason, viljan virtaus ”jäätyy” ja yhtäkkiä käyttäytyy enemmän kiinteä uudelleen.
lopuksi, kun hiekka muuttuu hyvin ohueksi ja voimakkaasti vellovaksi (yksittäiset jyvät saavat paljon satunnaista kineettistä energiaa), se saattaa käyttäytyä kaasuna lyhyen aikaa. Keskeinen kriteeri tässä tilassa on, että jyvät eivät törmää liikaa keskenään ja seinät (joka haihduttaa paljon liike-energiaa). Tätä voi olla vaikea ylläpitää, jos jyvät ovat raskaita ja kun painovoima on läsnä. Toisaalta hyvin kevyet jyvät voivat todella tulla ilman” pieneksi kaasumaiseksi komponentiksi ” pidemmäksi aikaa, koska ilmanvastus (törmäykset ilmamolekyylien kanssa) pyrkii synkronoimaan jyvän nopeuden ilman suurimman osan kanssa.
kuten kysymykseesi ”pinta-Aalto” hiekkakasalla. Tämä on oikeastaan aika huvittavaa, koska uskon, että kaikki kolme tilaa ovat tyypillisesti läsnä. Kun osut hiekan pintaan pienellä esineellä, hiekka liikkuu siinä vaiheessa ja luo paikallista keritsemistä. Mahdollisesti osa hiekasta sinkoutuu ilmaan hetkeksi ”kaasumaiseksi”. Kasaan oikeasti jäävän hiekan lohkeaminen kuitenkin mahdollistaa lyhyen hetken nestetyyppisen käyttäytymisen, jolloin syntyy aaltomainen aaltoilu. Suhteelliset nopeudet kuitenkin haihtuvat nopeasti ja aaltoilu jäätyy.
joten, päättyen vinoon hiekka-neste-aaltojen luomiseksi: kokeile tehdä sellainen hiekkakasaan, joka on puristettu kahden sylinterin väliin, jotka pyörivät eri kulmanopeuksilla niin, että hiekan leikkaantumisnopeus on kriittistä suurempi. Silloin voisi olla mahdollista saada aaltomaisia ilmiöitä!
(tieteellinen tutkielma rakeisista virtauksista, jonka löysin erityisen selväksi, On Pierre Jop, Yoël Forterre & Olivier Pouliquen)
EDIT: huomasin juuri, että Cort Ammon lähetti linkin tähän Mark Robberin tekemään nestemäiseen hiekkaan youtube-videoon, jossa ”leijupeti” luodaan antamalla ilman kuplia hiekan läpi alapuolelta. Leijupeti syntyy, kun alapuolelta tulevan ilman veto laskee lähes tarkasti yksittäisten jyvästen painovoiman. Kyse on vain epäsuorasti painovoiman torjumisesta. Tärkeintä on saada jyvät pois kosketuksesta, jotta ne eivät haihduta energiaa yhtä nopeasti. Tämän vuoksi nesteen kaltaisen käyttäytymisen ylläpitämiseen tarvitaan vähemmän keritsemistä, ja siihen vaikuttaa myös epätasainen ilmavirtaus. Nerokasta!
