Sand i ro oppfører seg ikke som en væske, den oppfører seg mer som et fast stoff. Når du treffer overflaten av en flatt sandbunke med en flat stor gjenstand, vil det bare være en ubetydelig bølge i korntettheten i hoveddelen av haugen. Faktisk vil den dominerende bølgen være en komplisert lydbølge i kornene, passert av grensesnitt mellom dem, og dette vil bli spredt veldig raskt på grunn av ufullkommenhetene.
men sand begynner å oppføre seg litt som en veldig spesiell væske hvis den er i et spesielt dynamisk og tett nok regime som kalles en granulær strømning (her er du riktig at tyngdekraften vanligvis bidrar til å opprettholde høyere tetthet). Det formelle kriteriet er at det må ha en tilstrekkelig stor skjærhastighet eller gradient av gjennomsnittshastigheter. Et eksempel på dette ville være bevegelige deler av en haug av sand når det blir strømmet fra en silo. Deretter er det mulig å skrive ned et effektivt sett Med Navier-Stokes-ligninger for sin oppførsel i form av tettheter, trykk og bulkhastigheter, som er den samme typen ligninger som styrer vannets dynamikk.
Vær imidlertid Oppmerksom på at selv i denne modusen er oppførselen til «sandvæskene» en svært Ikke-Newtonsk væske, og setter den på nivå med oppførselen til væsker som tykt slim, harpiks eller ketchup. En spesiell funksjon inkluderer det faktum at samspillet mellom lagene av sanden med forskjellige hastigheter vil avhenge på ganske ikke-intuitive måter på lagets relative hastighet. Spredningen i kornstrømmen er også veldig høy og uten ekstern kjøring, vil den raskt drepe noen skjæring. Og når skjærhastigheten faller under kritisk nivå, fryser kornstrømmen «ut» og plutselig oppfører seg mer som et solidt igjen.
til Slutt, når sanden blir veldig tynn og svært agitert (enkelte korn får mye tilfeldig kinetisk energi), kan den oppføre seg som en gass i kort tid. Nøkkelkriteriet for denne modusen er at kornene ikke kolliderer for mye mellom seg selv og veggene (som sprer mye kinetisk energi). Dette kan være vanskelig å opprettholde hvis kornene er tunge og når tyngdekraften er tilstede. På den annen side kan veldig lette korn virkelig bli en» mindre gasslignende komponent » av luft i lengre tid siden luftdraget (kollisjoner med luftmolekyler) har en tendens til å synkronisere kornhastigheten med hoveddelen av luften.
når det gjelder spørsmålet ditt med «overflatebølgen» på en haug med sand. Dette er egentlig ganske morsomt, fordi jeg tror alle tre modusene vil typisk være til stede. Når du treffer overflaten av sanden med en liten gjenstand, vil sanden bevege seg på det tidspunktet og skape lokal skjæring. Muligens vil en del av sanden skille ut i luften for å være «gasslignende» for et øyeblikk. Imidlertid tillater skjæringen i sanden som faktisk forblir i haugen en væsketypeadferd i et kort øyeblikk, og skaper en bølgelignende krusning. Likevel blir de relative hastighetene raskt spredt og krusningen fryser ut.
så, slutt med et tips for å lage sand-flytende bølger: prøv å lage en i en sandbunke som presses mellom to sylindere som roterer med forskjellige vinkelhastigheter, slik at skjærhastigheten i sanden er høyere enn den kritiske. Det kan da være mulig å oppnå bølgelignende fenomener!
(et vitenskapelig papir om emnet granulære strømmer som jeg fant spesielt klart, Er en ny konstitutiv lov for tette granulære strømmer Av Pierre Jop, Yoë Forterre & Olivier Pouliquen)
REDIGER: Jeg la merke til At Cort Ammon postet en lenke til Denne Flytende sand youtube-videoen Av Mark Robber, hvor En «fluidisert seng» er opprettet ved å la luftboble gjennom sanden nedenfra. En fluidisert seng opprettes når luftens luft fra under nesten nøyaktig teller gravitasjonskreftene på de enkelte kornene. Poenget er bare indirekte om å motvirke tyngdekraften. Hovedpoenget handler om å få kornene ut av kontakt, slik at de ikke sprer energi så fort. Som et resultat er mindre klipping nødvendig for å opprettholde en væskelignende oppførsel, og det er også gitt av den ujevne luftstrømmen. Ganske genialt!
