areia em repouso realmente não se comporta como um líquido, ele se comporta mais como um sólido. Quando você atinge a superfície de uma pilha de areia achatada com um objeto grande e plano, haverá apenas uma onda insignificante na densidade de grãos dentro da maior parte da pilha. Na verdade, a onda Dominante será uma onda sonora complicada dentro dos grãos, passada por interfaces entre eles, e isso será dissipado muito rapidamente por causa das imperfeições.
mas a areia começa a se comportar um pouco como um líquido muito especial se estiver em um regime dinâmico e denso o suficiente especial que é chamado de fluxo granular (aqui você está correto que a gravidade normalmente ajuda a manter a densidade mais alta). O critério formal é que ele deve exibir uma taxa de cisalhamento suficientemente grande ou gradiente de velocidades médias. Um exemplo disso seriam as partes móveis de uma pilha de areia quando ela está sendo derramada de um silo. Em seguida, é possível anotar um conjunto efetivo de equações de Navier-Stokes para seu comportamento em termos de densidades, pressão e velocidades em massa, que são o mesmo tipo de equações que governam a dinâmica da água.
cuidado, no entanto, que mesmo neste modo o comportamento dos “líquidos de areia” é o de um fluido altamente não newtoniano, colocando-o em pé de igualdade com o comportamento de fluidos como lodo espesso, resina ou ketchup. Uma característica particular inclui o fato de que a interação entre as camadas da areia de diferentes velocidades dependerá de maneiras não intuitivas da velocidade relativa das camadas. A dissipação no fluxo de grãos também é muito alta e sem condução externa, ele matará rapidamente qualquer corte. E uma vez que a taxa de cisalhamento cai abaixo do nível crítico, o fluxo de grãos “congela” e de repente se comporta mais como um sólido novamente.Finalmente, quando a areia fica muito fina e altamente agitada (grãos individuais recebem muita energia cinética aleatória), ela pode se comportar como um gás por um curto período de tempo. O principal critério para este modo é que os grãos não colidem muito entre si e as paredes (que dissipa muita energia cinética). Isso pode ser difícil de sustentar se os grãos estiverem pesados e quando a gravidade estiver presente. Por outro lado, grãos muito leves podem realmente se tornar um “componente menor semelhante ao gás” do ar por longos períodos de tempo, uma vez que o arrasto do ar (colisões com moléculas de ar) tende a sincronizar a velocidade do grão com a maior parte do ar.
quanto à sua pergunta com a “onda de superfície” em uma pilha de areia. Isso é realmente muito divertido, porque acredito que todos os três modos normalmente estarão presentes. Quando você atinge a superfície da areia com um pequeno objeto, a areia se move nesse ponto e cria cisalhamento local. Possivelmente, uma parte da areia será ejetada no ar para ser “semelhante a gás” por um momento. No entanto, o corte na areia que realmente permanece na pilha permite um comportamento do tipo fluido por um curto momento, criando uma ondulação semelhante a uma onda. No entanto, as velocidades relativas se dissipam rapidamente e a ondulação congela.
assim, terminando com uma ponta para criar ondas areia-líquido: tente fazer um em uma pilha de areia que é pressionado entre dois cilindros que giram em diferentes velocidades angulares de modo que a taxa de cisalhamento na areia é maior do que a crítica. Pode então ser possível obter fenômenos semelhantes a ondas!
(Um artigo científico sobre o tema do granular fluxos que eu achei particularmente claro é Uma nova lei constitutiva para o denso granular flui por Pierre Jop, Yoël Forterre & Olivier Pouliquen)
EDIT: só eu que notei que Cort Amon postado um link para este areia Líquida vídeo do youtube por Mark Ladrão, onde um “leito fluidizado” é criado por deixar bolhas de ar através da areia de baixo. Um leito fluidizado é criado quando o arrasto do ar de baixo contrabalança quase precisamente as forças gravitacionais nos grãos individuais. O ponto é apenas indiretamente sobre o combate à gravidade. O ponto principal é tirar os grãos do contato, para que eles não dissipem energia tão rapidamente. Como resultado, menos cisalhamento é necessário para sustentar um comportamento semelhante ao fluido, e isso também é fornecido pelo fluxo de ar desigual. Muito engenhoso!
