zand in rust gedraagt zich echt niet als een vloeistof, het gedraagt zich meer als een vaste stof. Wanneer u het oppervlak van een afgeplatte zandstapel met een plat groot object raakt, zal er slechts een verwaarloosbare golf in de korreldichtheid binnen het grootste deel van de stapel zijn. In feite zal de dominante golf een ingewikkelde geluidsgolf zijn binnen de korrels, die door interfaces tussen hen wordt doorgegeven, en deze zal zeer snel verdwijnen vanwege de onvolkomenheden.
maar zand begint zich een beetje te gedragen als een zeer speciale vloeistof als het zich in een speciaal dynamisch en dicht genoeg regime bevindt, dat een korrelstroom wordt genoemd (hier heb je gelijk dat zwaartekracht meestal helpt om de hogere dichtheid te behouden). Het formele criterium is dat het een voldoende grote schuifsnelheid of gradiënt van gemiddelde snelheden moet vertonen. Een voorbeeld hiervan zijn de bewegende delen van een stapel zand wanneer deze uit een silo wordt gegoten. Vervolgens is het mogelijk om een effectieve set Navier-Stokes vergelijkingen op te schrijven voor zijn gedrag in termen van dichtheden, druk en bulksnelheden, die hetzelfde type vergelijkingen zijn die de dynamiek van water regelen.
let er echter op dat zelfs in deze modus het gedrag van de “zandvloeistoffen” dat van een zeer niet-Newtoniaanse vloeistof is, waardoor het op gelijke voet staat met het gedrag van vloeistoffen zoals dik slijm, hars of ketchup. Een bijzonder kenmerk is het feit dat de interactie tussen de lagen van het zand met verschillende snelheden op niet-intuïtieve wijze zal afhangen van de relatieve snelheid van de lagen. De dissipatie in de korrelstroom is ook zeer hoog en zonder extern rijden, zal het snel elk knippen doden. En zodra de snijsnelheid daalt tot onder het kritieke niveau, de graanstroom “bevriest uit” en plotseling gedraagt zich meer als een vaste weer.
ten slotte kan het zand, wanneer het zeer dun en zeer onrustig wordt (individuele korrels krijgen veel willekeurige kinetische energie), zich gedurende korte tijd als gas gedragen. Het belangrijkste criterium voor deze modus is dat de korrels niet te veel botsen tussen zichzelf en de wanden (die een groot deel van de kinetische energie verdrijft). Dit kan moeilijk in stand te houden zijn als de korrels zwaar zijn en als de zwaartekracht aanwezig is. Aan de andere kant, zeer lichte korrels kunnen echt worden een “kleine gas-achtige component” van lucht voor langere tijd, omdat de luchtweerstand (botsingen met luchtmoleculen) de neiging om de korrelsnelheid synchroniseren met het grootste deel van de lucht.
wat betreft uw vraag met de “Oppervlaktegolf” op een stapel zand. Dit is echt heel grappig, want ik denk dat alle drie de modi zullen meestal aanwezig zijn. Wanneer je het oppervlak van het zand raakt met een klein object, zal het zand op dat punt bewegen en lokale afschuiving creëren. Mogelijk, een deel van het zand zal uitwerpen in de lucht te zijn “gas-achtige” voor een moment. Echter, het knippen in het zand dat in de paal blijft, zorgt voor een vloeistofachtig gedrag voor een kort moment, waardoor een golfachtige rimpel ontstaat. Niettemin, de relatieve snelheden snel verdwijnen en de rimpel bevriest uit.
dus, eindigend met een tip voor het creëren van zand-vloeibare golven: probeer er een te maken in een zandstapel die wordt geperst tussen twee cilinders die draaien met verschillende hoeksnelheden zodat de afschuifsnelheid in het zand hoger is dan de kritische. Het zou dan mogelijk zijn om golfachtige verschijnselen te verkrijgen!
(een wetenschappelijk artikel over het onderwerp korrelvormige stromen dat ik bijzonder duidelijk vond is een nieuwe constitutieve wet voor dichte korrelvormige stromen door Pierre Jop, Yoël Forterre & Olivier Pouliquen)
EDIT: ik merkte net op dat Cort Ammon een link plaatste naar deze vloeibare zand youtube video van Mark Robber, waar een “gefluïdiseerd bed” ontstaat door lucht van onderaf door het zand te laten bubbelen. Een wervelbed ontstaat wanneer de luchtweerstand van onderen bijna precies de gravitatiekrachten op de afzonderlijke korrels tegengaat. Het punt is slechts indirect over het tegengaan van zwaartekracht. Het belangrijkste punt is om de korrels uit contact te krijgen, zodat ze energie niet zo snel afvoeren. Als gevolg hiervan is minder scheren nodig om een vocht-achtig gedrag in stand te houden, en dat wordt ook geleverd door de ongelijke luchtstroom. Heel ingenieus!
