nisipul în repaus nu se comportă ca un lichid, se comportă mai mult ca un solid. Când loviți suprafața unei grămezi de nisip aplatizate cu un obiect plat mare, va exista doar un val neglijabil în densitatea bobului în cea mai mare parte a grămezii. De fapt, unda dominantă va fi o undă sonoră complicată în interiorul granulelor, trecută prin interfețe între ele, iar aceasta va fi disipată foarte repede din cauza imperfecțiunilor.
dar nisipul începe să se comporte puțin ca un lichid foarte special dacă se află într-un regim special dinamic și suficient de dens, care se numește flux granular (aici aveți dreptate că gravitația ajută de obicei la menținerea densității mai mari). Criteriul formal este că trebuie să prezinte o rată de forfecare suficient de mare sau un gradient de viteze medii. Un exemplu în acest sens ar fi părțile mobile ale unui morman de nisip atunci când este turnat dintr-un siloz. Apoi, este posibil să se scrie un set eficient de ecuații Navier-Stokes pentru comportamentul său în termeni de densități, presiune și viteze în vrac, care sunt același tip de ecuații care guvernează dinamica apei.
atenție, totuși, că chiar și în acest mod comportamentul „lichidelor de nisip” este cel al unui fluid extrem de non-Newtonian, punându-l la egalitate cu comportamentul fluidelor precum nămol gros, rășină sau ketchup. O caracteristică particulară include faptul că interacțiunea dintre straturile nisipului cu viteze diferite va depinde în moduri destul de non-intuitive de viteza relativă a straturilor. Disiparea în fluxul de cereale este, de asemenea, foarte mare și fără conducere externă, va ucide rapid orice forfecare. Și odată ce rata de forfecare scade sub nivelul critic, fluxul de cereale „îngheață” și se comportă brusc mai mult ca un solid din nou.
în cele din urmă, când nisipul devine foarte subțire și foarte agitat (boabele individuale primesc multă energie cinetică aleatorie), se poate comporta ca un gaz pentru o perioadă scurtă de timp. Criteriul cheie pentru acest mod este că boabele nu se ciocnesc prea mult între ele și pereți (care disipează o mulțime de energie cinetică). Acest lucru poate fi greu de susținut dacă boabele sunt grele și când gravitația este prezentă. Pe de altă parte, boabele foarte ușoare pot deveni într-adevăr o „componentă minoră asemănătoare gazului” a aerului pentru perioade mai lungi de timp, deoarece rezistența aerului (coliziuni cu moleculele de aer) tinde să sincronizeze viteza bobului cu cea mai mare parte a aerului.
în ceea ce privește întrebarea Dvs. cu „valul de suprafață” pe o grămadă de nisip. Acest lucru este într-adevăr destul de amuzant, deoarece cred că toate cele trei moduri vor fi de obicei prezente. Când lovești suprafața nisipului cu un obiect mic, nisipul se va mișca în acel moment și va crea forfecare locală. Eventual, o parte din nisip se va scoate în aer pentru a fi „asemănătoare gazului” pentru o clipă. Cu toate acestea, forfecarea în nisip care rămâne de fapt în grămadă permite un comportament de tip fluid pentru un moment scurt, creând o ondulare asemănătoare valurilor. Cu toate acestea, vitezele relative se disipează rapid și ondularea îngheață.
deci, terminând cu un vârf pentru crearea undelor nisip-lichid: încercați să faceți unul într-o grămadă de nisip care este presată între doi cilindri care se rotesc la viteze unghiulare diferite, astfel încât rata de forfecare în nisip să fie mai mare decât cea critică. Ar putea fi posibil să se obțină fenomene asemănătoare valurilor!
(o lucrare științifică pe tema fluxurilor granulare pe care am găsit-o deosebit de clară este o nouă lege constitutivă pentru fluxurile granulare dense de Pierre Jop, Yo Olifl Forterre & Olivier Pouliquen)
EDIT: tocmai am observat că Cort Ammon a postat un link către acest videoclip YouTube cu nisip lichid de Mark Robber, unde se creează un „pat fluidizat” prin lăsarea balonului de aer prin nisip de jos. Un pat fluidizat este creat atunci când tragerea aerului de jos contracarează aproape precis forțele gravitaționale asupra boabelor individuale. Ideea este doar indirect despre contracararea gravitației. Punctul principal este acela de a scoate boabele din contact, astfel încât acestea să nu disipeze energia la fel de repede. Drept urmare, este necesară o forfecare mai mică pentru a susține un comportament asemănător fluidului și acest lucru este asigurat și de fluxul de aer neuniform. Destul de ingenios!
