بالنسبة للعديد من مجالات العلوم ، من التنبؤ بالانهيارات الأرضية إلى الزراعة ، من المهم جدًا فهم فيزياء تدفق الجسيمات. حتى الآن ، العلماء ليسوا جيدين في هذا الأمر.
ما هو أنعم رمال في العالم؟ لماذا بعض أنواع الرمل أنعم من غيرها؟
- يسأل بيتر س. من بروكلين
نحن لا نعلم. لا أحد يفهم كيف يعمل الرمل.
يبدو الأمر سخيفًا ، لكنه كذلك من حيث المبدأ. يعد فهم تدفق المواد الحبيبية مثل الرمل أحد المشكلات الرئيسية التي لم يتم حلها في الفيزياء.
لنفترض أنك قررت صنع ساعة رملية وتملأها بحبيبات رمل ، حجمها وشكلها معروفان. لن تجد معادلة يمكنها التنبؤ بدقة بمدى تدفق الرمال من جزء من الساعة إلى جزء آخر ، أو ما إذا كان سيتدفق على الإطلاق. عليك فقط التجربة.
كارين دانيلز ، فيزيائية في جامعة ولاية كارولينا الشمالية ؛ تدرس الرمل والوسائط الحبيبية الأخرى (تسمى هذه المنطقة " فيزياء المادة الناعمة "). أخبرتني أن إحدى صعوبات العمل بالرمال ترتبط بالعدد الهائل من خصائص الحبوب - الشكل والحجم والخشونة وما إلى ذلك. "أحد أسباب عدم وجود نظرية عامة هو أن كل هذه الخصائص مهمة."
ومع ذلك ، فإن التعامل مع حبيبات الرمل الفردية ليس سوى البداية. قال دانيلز: "لا داعي للقلق بشأن خصائص الجسيمات فحسب ، بل أيضًا بشأن كيفية تنظيمها". تبدو الجسيمات الكاذبة بحرية ناعمة لأن لديها مساحة للمناورة. إذا كانت الجسيمات معبأة بإحكام ، فلن يكون لديها مجال للتحرك ، وستشعر بالصلابة عند اللمس. لذلك ، يبدو سطح الشاطئ الرملي أكثر نعومة من الطبقات السفلية - حبات الرمل فيها مضغوطة ، وأقرب إلى بعضها البعض.
لا يمكننا أن نجد نظرية عامة عن الرمل ، ليس لأننا نحاول جاهدين. بالنسبة للعديد من مجالات العلوم ، من التنبؤ بالانهيارات الأرضية إلى الزراعة ، من المهم للغاية فهم فيزياء تدفق الجسيمات. نحن لا نفعل ذلك جيدًا حتى الآن.
قال دانيلز: "سيشهد الأشخاص الذين يعملون في مصانع كيميائية ذات آلات تتعامل مع الجسيمات أن هذه الآلات تتعطل كثيرًا". - يعرف أي شخص حاول إصلاح مطحنة قهوة تلقائية أن الجزيئات تتعثر فيها باستمرار. هذه الأشياء لا تعمل بشكل جيد ".
لحسن الحظ ، نحن لا نتحرك باللمس تمامًا ، ويمكننا أن نقول شيئًا عن سبب ظهور الرمال أكثر نعومة أو صلابة.
عادةً ما تظهر الرمال ذات الحبيبات المستديرة أكثر نعومة لأن الحبيبات أسهل في الانزلاق. كما أن الحبيبات الصغيرة لا تضغط بقوة على الجلد. لكن إذا كانت صغيرة جدًا ، فسوف تلتصق ببعضها البعض بسبب الرطوبة ، مما يجعل المادة تبدو متكتلة وكثيفة.
قالت دانيال إن أنعم مادة تتدفق بحرية لمستها على الإطلاق هي Q-Cell ، وهي عبارة عن مسحوق كوارتز يملأ الشقوق في ألواح التزلج على الماء. يتكون من حبيبات مجوفة ، لذلك يبدو خفيفًا جدًا. في هذه الحالة ، يكون الكوارتز رطبًا بشكل سيئ ، ولهذا السبب لا يتكتل مثل هذا المسحوق. قارنت طريقة صب هذا المسحوق في دلو برمال شاطئية جافة وناعمة للغاية.
سيكون الشاطئ الرملي لـ Q-Cell ناعمًا جدًا ، ولكنه ليس ممتعًا للغاية. المسحوق الجاف الناعم ليس رملًا ، بل غبارًا ، واستنشاق هذا الغبار ضار جدًا بالرئتين. يجب أن يجمع حجم وشكل حبيبات الرمل على الشاطئ المثالي بين النعومة والنعومة والتكتل والعديد من الخصائص الأخرى التي تجعل الرمال ناعمة وممتعة للمشي عليها. مع وجود العديد من العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار ، من الصعب جدًا تحديد ما يجب أن تكون عليه الرمال الناعمة المثالية للشاطئ.
يجب جمع المزيد من البيانات التجريبية.
