安静時の砂は実際には液体のように振る舞うのではなく、固体のように振る舞う。 平らな大きな物体で平らにされた砂の山の表面に当たったとき、山の大部分内の穀物密度にはごくわずかな波しかありません。 実際、支配的な波は、粒子内の複雑な音波であり、それらの間の界面を通過し、これは欠陥のために非常に迅速に消散される。
しかし、砂は、粒状流と呼ばれる特別な力学的で密な十分な体制にある場合、非常に特殊な液体のように少し振る舞い始めます（ここでは、重力が通常、より高い密度を維持するのに役立つことは正しいです）。 正式な基準は、それが十分に大きなせん断速度または平均速度の勾配を示さなければならないということである。 これの例はサイロから注がれているとき砂の山の可動部分である。 次に，水のダイナミクスを支配する同じタイプの方程式である密度，圧力およびバルク速度の観点から，その挙動に対するＮａｖｉｅｒ-Ｓｔｏｋｅｓ方程式の有効なセットを書き留めることができる。
ただし、このモードでも”砂の液体”の挙動は非常に非ニュートン流体の挙動であり、厚いスライム、樹脂、ケチャップなどの流体の挙動と同等であることに注意してください。 一つの特定の特徴は、異なる速度の砂の層の間の相互作用が層の相対速度にむしろ非直感的な方法で依存するという事実を含む。 穀物の流れの消滅はまた非常に高く、外的な運転なしで、すぐにせん断を殺します。 そして、せん断速度が臨界レベルを下回ると、穀物の流れは”フリーズアウト”し、突然再び固体のように振る舞います。
最後に、砂が非常に薄く、非常に攪拌されると（個々の粒子は多くのランダムな運動エネルギーを受け取る）、短時間ガスとして振る舞うことがあります。 このモードの重要な基準は、粒子がそれ自体と壁との間であまり衝突しないことです（それは多くの運動エネルギーを消費します）。 これは、穀物が重く、重力が存在する場合には維持するのが難しい場合があります。 一方、非常に軽い粒子は、空気抵抗（空気分子との衝突）が粒子速度を空気の大部分と同期させる傾向があるため、実際には空気の”マイナーなガスのような成分”になる可能性がある。
砂の山の上に”表面波”を持つあなたの質問については。 私はすべての三つのモードが一般的に存在すると信じているので、これは、本当に非常に面白いです。 小さな物体で砂の表面に当たったとき、砂はその時点で移動し、局所的なせん断を作成します。 おそらく、砂の一部が一瞬のために”ガスのように”空気中に排出されます。 しかし、実際に杭にとどまる砂の中のせん断は、短時間の流体型の挙動を可能にし、波のようなリップルを作り出します。 それにもかかわらず、相対速度はすぐに消散し、さざ波は凍る。
だから、砂-液体波を作成するためのヒントで終わる：砂のせん断速度が臨界速度よりも高くなるように、異なる角速度で回転する二つのシリンダーの間に押された砂の山に一つを作ってみてください。 その後、波のような現象を得ることが可能かもしれません！
（私が特に明らかにした粒状流の話題に関する科学論文は、Pierre Jop、Yoël Forterre&Olivier Pouliquenによる高密度粒状流の新しい構成法です）
編集：私はちょうどCort AmmonがMark Robberによるこの液体砂youtubeビデオへのリンクを投稿したことに気づきました。 流動層は、下からの空気の抗力が個々の粒子上の重力にほぼ正確に対抗するときに作成される。 ポイントは、重力に対抗することについて間接的にだけです。 主なポイントは、粒子が接触しないようにすることで、エネルギーを迅速に消費しないようにすることです。 その結果、流体のような挙動を維持するために必要とされるせん断が少なくなり、それは不均一な空気流によっても提供される。 かなり独創的！
