地すべりの予測から農業まで、科学の多くの分野では、粒子の流れの物理学を理解することが非常に重要です。これまでのところ、科学者はこれがあまり得意ではありません。
世界で最も柔らかい砂は何ですか？一部の種類の砂が他の種類よりも柔らかいのはなぜですか？
-ブルックリンのピーターSに尋ねる
我々は知りません。砂がどのように機能するか誰も理解していません。
ばかげているように聞こえますが、原則としてそうです。砂などの粒状物質の流れを理解することは、物理学における主要な未解決の問題の1つです。
砂時計を作り、そのサイズと形状がわかっている砂粒を充填するとします。時計のある部分から別の部分に砂が流れる時間を正確に予測できる式や、砂がまったく流れるかどうかを正確に予測できる式はありません。あなたはただ実験する必要があります。
カレン・ダニエルズ、ノースカロライナ州立大学の物理学者。彼女は砂やその他の粒状媒体を研究しています（この領域は「軟質物質物理学」と呼ばれます）。彼女は、砂を扱うことの難しさの1つは、粒子の形状、サイズ、粗さなどの膨大な数の特性に関連していると私に言いました。 「私たちが一般的な理論を持っていない理由の1つは、これらすべての特性が重要だからです。」
しかし、個々の砂粒を扱うことはほんの始まりに過ぎません。 「粒子の特性だけでなく、粒子がどのように構成されているかについても心配する必要があります」とダニエルズ氏は述べています。自由に横たわっている粒子は、操作する余地があるため、柔らかく見えます。粒子が密に詰まっていると、移動する余地がなくなり、触るとしっかりした感じになります。したがって、砂浜の表面は下層よりも柔らかく見えます。砂浜の砂粒は圧縮されており、互いに接近しています。
懸命に努力しているからではなく、砂の一般的な理論を見つけることができません。地すべりの予測から農業まで、科学の多くの分野では、粒子の流れの物理学を理解することが非常に重要です。まだうまくいっていません。
「粒子を処理する機械を備えた化学プラントで働く人々は、これらの機械が非常に頻繁に故障することを証明します」とダニエルズは言いました。 -自動コーヒーグラインダーを修理しようとした人は誰でも、粒子が絶えずそれに詰まっていることを知っています。これらはうまく機能しません。」
幸いなことに、私たちはタッチで完全に動いているわけではなく、砂が柔らかくまたは硬く見える理由について何かを言うことができます。
通常、粒子がより丸みを帯びた砂は、粒子が滑りやすいため、柔らかく見えます。また、小さな顆粒は皮膚を強く押し付けません。しかし、それらが非常に小さい場合、それらは湿気のために互いにくっつき、材料がゴツゴツして密に見えるようになります。
ダニエルは、彼女が今まで触れた中で最も柔らかい自由流動性の材料は、サーフボードの亀裂を埋める石英粉末であるQ-Cellであると述べました。中空の顆粒でできているので、とても軽いようです。この場合、クォーツの濡れが不十分であるため、このような粉末は凝集しません。彼女は、この粉末が非常に細かく乾燥したビーチサンドの入ったバケツに注がれる方法を比較しました。
Q-Cellの砂でできたビーチはとても柔らかいですが、あまり快適ではありません。細かい乾燥粉は砂ではなくほこりであり、そのようなほこりを吸い込むと肺に非常に有害です。理想的なビーチの砂粒のサイズと形状は、柔らかさ、細かさ、しこり、その他多くの特性を組み合わせて、砂を柔らかく歩きやすくする必要があります。考慮すべき要素が非常に多いため、ビーチに理想的な柔らかい砂がどうあるべきかを言うのは非常に困難です。
より多くの実験データを収集する必要があります。
