为什么沙子很软?

对于许多科学领域,从滑坡预测到农业,了解粒子流的物理学非常重要。到目前为止,科学家还不是很擅长此事。



世界上最柔软的沙子是什么?为什么某些类型的沙子比其他类型的软?

-从布鲁克林问彼得S.


我们不知道。没有人知道沙子是如何工作的。



这听起来很荒谬,但原则上是这样。了解诸如沙子之类的粒状材料的流动是物理学中尚未解决的主要问题之一。







假设您决定制作一个沙漏,并用已知大小和形状的沙粒填充它。您不会找到一个公式可以准确预测沙粒从时钟的一部分流到另一部分的时间,或者根本不会流掉的公式。您只需要试验。



北卡罗莱纳州立大学物理学家Karen Daniels;她研究沙子和其他颗粒状介质(该领域称为“软物质物理学”)。她告诉我,处理沙子的困难之一与谷物的众多特性有关-形状,大小,粗糙度等。 “我们没有通用理论的原因之一是因为所有这些特性都很重要。”







但是,处理单个沙粒仅仅是开始。丹尼尔斯说:“您不仅要担心颗粒的性质,还要担心它们的组织方式。”自由放置的粒子看起来很柔软,因为它们有回旋余地。如果颗粒紧密堆积,它们将不再有移动的空间,并且触感会很牢固。因此,沙滩的表面似乎比下层更柔软-其中的沙粒被压缩,并且彼此更靠近。







我们找不到沙子的一般理论,不是因为我们正在努力。从滑坡预测到农业,在许多科学领域中,了解粒子流的物理学极为重要。我们只是做得还不够好。



丹尼尔斯说:“在化工厂中使用处理颗粒的机器的人们会证明这些机器经常发生故障。” -任何试图修理自动咖啡研磨机的人都知道,颗粒不断地卡在其中。这些东西效果不佳。”







幸运的是,我们并不是靠触摸来移动的,我们可以说说为什么沙子看起来更软或更硬。



通常,带有圆形颗粒的沙子会显得更软,因为颗粒更容易滑动。同样,较小的颗粒不像在皮肤上那样硬。但是,如果它们很小,则会由于水分而粘在一起,这会使材料显得结块和致密。



丹尼尔说,她接触过的最柔软的自由流动材料是Q-Cell,一种填充冲浪板裂缝的石英粉。它由空心颗粒组成,因此看起来很轻。在这种情况下,石英的润湿性差,这就是为什么这种粉末不会结块的原因。她比较了将这种粉末倒入装有细小干燥沙滩的桶中的方式。



Q-Cell的沙滩会很柔软,但不会很舒服。细的干粉不是沙子,而是灰尘,而呼吸这种灰尘对肺非常有害。在理想的海滩上,沙粒的大小和形状应兼具柔软性,细度,结块性和许多其他特性,使沙子在行走时既柔软又令人愉悦。考虑到众多因素,很难说出理想的海滩软沙应该是什么。



需要收集更多的实验数据。






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