piasek w spoczynku naprawdę nie zachowuje się jak ciecz, zachowuje się bardziej jak ciało stałe. Kiedy uderzysz w powierzchnię spłaszczonego stosu piasku płaskim dużym przedmiotem, będzie tylko znikoma fala w gęstości ziarna w większości stosu. W rzeczywistości fala Dominująca będzie skomplikowaną falą dźwiękową wewnątrz ziaren, przepuszczaną przez interfejsy między nimi, a ta zostanie bardzo szybko rozproszona z powodu niedoskonałości.
ale piasek zaczyna zachowywać się trochę jak bardzo specjalna ciecz, jeśli jest w specjalnym dynamicznym i wystarczająco gęstym reżimie, który nazywa się przepływem ziarnistym (tutaj masz rację, że grawitacja zwykle pomaga utrzymać wyższą gęstość). Kryterium formalne jest to, że musi wykazywać wystarczająco dużą szybkość ścinania lub gradient średnich prędkości. Przykładem mogą być ruchome części stosu piasku, gdy jest on wylewany z silosu. Następnie możliwe jest zapisanie efektywnego zestawu równań Naviera-Stokesa dla jego zachowania w zakresie gęstości, ciśnienia i prędkości masowych, które są tego samego typu równaniami, które regulują dynamikę wody.
uważaj jednak, że nawet w tym trybie zachowanie „płynów piaskowych” jest działaniem wysoce Nie-Newtonowskiego płynu, stawiając go na równi z zachowaniem płynów, takich jak gruby śluz, żywica lub ketchup. Jedna szczególna cecha obejmuje fakt, że interakcja między warstwami piasku o różnych prędkościach będzie zależeć w raczej nieintuicyjny sposób od prędkości względnej warstw. Rozpraszanie w przepływie ziarna jest również bardzo wysokie i bez zewnętrznego napędu szybko zabije każde ścinanie. A gdy szybkość ścinania spadnie poniżej krytycznego poziomu, przepływ ziarna „zamarza”i nagle zachowuje się bardziej jak ciało stałe.
wreszcie, gdy piasek staje się bardzo cienki i mocno poruszony (poszczególne ziarna otrzymują dużo przypadkowej energii kinetycznej), może przez krótki czas zachowywać się jak gaz. Kluczowym kryterium dla tego trybu jest to, że ziarna nie zderzają się zbytnio między sobą a ścianami (co rozprasza dużo energii kinetycznej). Może to być trudne do utrzymania, jeśli ziarna są ciężkie i gdy grawitacja jest obecna. Z drugiej strony, bardzo lekkie ziarna mogą naprawdę stać się” drobnym gazowym składnikiem ” powietrza przez dłuższy czas, ponieważ opór powietrza (zderzenia z cząsteczkami powietrza) ma tendencję do synchronizacji prędkości ziarna z większością powietrza.
co do twojego pytania z „falą powierzchniową” na stosie piasku. To naprawdę zabawne, ponieważ wierzę, że wszystkie trzy tryby będą zazwyczaj obecne. Kiedy uderzysz w powierzchnię piasku małym przedmiotem, piasek przesunie się w tym miejscu i utworzy lokalne ścinanie. Możliwe, że część piasku wyrzuci się w powietrze, aby na chwilę być „gazowym”. Jednak ścinanie piasku, który faktycznie pozostaje w stosie, pozwala na zachowanie typu płynnego przez krótką chwilę, tworząc falowe tętnienie. Niemniej jednak względne prędkości szybko się rozpraszają, a tętnienie zamarza.
tak więc, kończąc na końcówce do tworzenia fal piasku i cieczy: spróbuj wykonać jedną w stosie piasku wciśniętym między dwa cylindry, które obracają się z różnymi prędkościami kątowymi, tak aby szybkość ścinania w piasku była wyższa niż krytyczna. Wtedy możliwe będzie uzyskanie zjawisk falowych!
(artykuł naukowy na temat przepływów ziarnistych, który uważam za szczególnie jasny, to nowe prawo konstytucyjne dla gęstych przepływów ziarnistych Pierre Jop, Yoël Forterre & Olivier Pouliquen)
EDIT: właśnie zauważyłem, że Cort Ammon opublikował link do tego filmu na YouTube z płynnym piaskiem autorstwa Marka Robbera, gdzie „złoże fluidalne” jest tworzone przez przepuszczanie pęcherzyków powietrza przez piasek od dołu. Złoże fluidalne powstaje, gdy przeciąganie powietrza od dołu niemal precyzyjnie przeciwdziała siłom grawitacyjnym na poszczególne ziarna. Chodzi tylko pośrednio o przeciwstawienie się grawitacji. Głównym punktem jest wydostanie ziaren z kontaktu, aby nie rozpraszały energii tak szybko. W rezultacie potrzeba mniej ścinania, aby utrzymać zachowanie podobne do płynu, co zapewnia również nierównomierny przepływ powietrza. Całkiem pomysłowe!
