a nyugalmi homok valójában nem úgy viselkedik, mint egy folyadék, inkább szilárd anyagként viselkedik. Ha egy lapos, nagy tárggyal eltalálja a lapított homokhalom felületét, akkor a halom nagy részén csak elhanyagolható hullám lesz a szemcsesűrűségben. Valójában a domináns hullám egy bonyolult hanghullám lesz a szemcsékben, amelyet a köztük lévő interfészek áthaladnak, és ez nagyon gyorsan eloszlik a tökéletlenségek miatt.
de a homok egy kicsit úgy viselkedik, mint egy nagyon különleges folyadék, ha egy speciális dinamikus és elég sűrű rendszerben van, amelyet szemcsés áramlásnak neveznek (itt igazad van, hogy a gravitáció általában segít fenntartani a nagyobb sűrűséget). A formális kritérium az, hogy kellően nagy nyírási sebességet vagy átlagos sebesség gradienst kell mutatnia. Erre példa lehet egy halom homok mozgó része, amikor azt Silóból öntik. Ezután le lehet írni a Navier-Stokes-egyenletek hatékony halmazát annak viselkedésére a sűrűség, a nyomás és az ömlesztett sebesség szempontjából, amelyek ugyanolyan típusú egyenletek, amelyek a víz dinamikáját szabályozzák.
vigyázzon azonban arra, hogy még ebben a módban is a “homokfolyadékok” viselkedése egy nagyon nem newtoni folyadék viselkedése, amely megegyezik a folyadékok, például vastag iszap, gyanta vagy ketchup viselkedésével. Az egyik sajátosság magában foglalja azt a tényt, hogy a különböző sebességű homokrétegek közötti kölcsönhatás meglehetősen nem intuitív módon függ a rétegek relatív sebességétől. A szemcseáramlás eloszlása szintén nagyon magas, külső vezetés nélkül gyorsan megöli a nyírást. És amint a nyírási sebesség a kritikus szint alá csökken, a gabonaáramlás “lefagy”, és hirtelen újra szilárd anyagként viselkedik.
végül, amikor a homok nagyon vékony és erősen izgatott lesz (az egyes szemcsék sok véletlenszerű kinetikus energiát kapnak), rövid ideig gázként viselkedhet. Ennek a módnak a legfontosabb kritériuma, hogy a szemcsék ne ütközzenek túl sokat maguk és a falak között (ez sok kinetikus energiát oszt el). Ez nehéz lehet fenntartani, ha a szemek nehézek, és ha a gravitáció jelen van. Másrészt a nagyon könnyű szemcsék hosszabb ideig valóban a levegő “kisebb gázszerű komponensévé” válhatnak, mivel a légellenállás (a levegőmolekulákkal való ütközés) hajlamos szinkronizálni a szemcsesebességet a levegő nagy részével.
ami a kérdést a “felszíni hullám” egy halom homok. Ez valóban nagyon szórakoztató, mert úgy gondolom, hogy mindhárom mód általában jelen lesz. Amikor egy kis tárggyal eltalálja a homok felületét, a homok ezen a ponton mozog, és helyi nyírást hoz létre. Lehetséges, hogy a homok egy része egy pillanatra “gázszerű” lesz a levegőben. Azonban a homok nyírása, amely valójában a halomban marad, lehetővé teszi a folyadék típusú viselkedést egy rövid pillanatra, hullámszerű hullámzást hozva létre. Ennek ellenére a relatív sebességek gyorsan eloszlanak, és a hullámosság lefagy.
tehát a homok-folyadék hullámok létrehozásának tippjével zárul: próbáljon meg egyet készíteni egy homokhalomban, amelyet két henger között nyomnak, amelyek különböző szögsebességgel forognak, hogy a homokban a nyírási sebesség magasabb legyen, mint a kritikus. Ezután lehetséges hullámszerű jelenségek megszerzése!
(a szemcsés áramlások témájáról szóló tudományos cikk, amelyet különösen egyértelműnek találtam, Pierre Jop, Yoo Forterre Forterre & Olivier Pouliquen új konstitutív törvénye a sűrű szemcsés áramlásokra)
szerkesztés: most vettem észre, hogy Cort Ammon közzétett egy linket erre a folyékony homok youtube-videóra Mark Robber, ahol egy “fluidizált ágy” jön létre azáltal, hogy alulról légbuborékot enged a homokon keresztül. Fluidágy jön létre, amikor a levegő alulról történő húzása szinte pontosan ellensúlyozza az egyes szemcsék gravitációs erőit. A lényeg csak közvetetten szól a gravitáció ellensúlyozásáról. A lényeg az, hogy a szemek érintkezésbe kerüljenek, hogy azok ne oszlatják el az energiát olyan gyorsan. Ennek eredményeként kevesebb nyírásra van szükség a folyadékszerű viselkedés fenntartásához, amelyet az egyenetlen légáramlás is biztosít. Egészen zseniális!
