元スレ【物理】流体と固体の境にある「流れる砂」　超高速撮影で分析に成功

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1 = :

砂粒子が落ちるときに、しずくのような集合体が分散的に形成されるという
現象を分析した研究論文が、『Nature』誌の6月25日号に発表された。
その内容は、砂のしずくに関する従来の説明を覆すものだ。

これまでは、しずくは、砂粒子が衝突することでくっつきあって形成されると考えられてきたが、
今回の論文では、しずくは、砂粒子を互いに引きつけあっている微弱な原子間力の持つ
不安定性[表面張力が関係する「プラトー・レイリーの不安定性」]によって形成されるとし、
その力の大きさを測定している(水道の蛇口から水が落ちる時にも類似の現象が起きて、
しずくが形成されるが、水の分子に働く力は砂粒子の場合の10万倍も強いという)。

この論文で定量化されている「超低表面張力領域」(ultralow-surface-tension regime)は、
研究者にとって全く新しい分野だ。

砂などの粉粒体は、ある時は固体、またある時は流体(液体や気体)、あるいはそれらの
中間のようにふるまい、その現象はいまだに科学で解明されていない。
これらのふるまいには多くの力が作用しており、超低表面張力領域もその1つだ。

今回の論文を執筆した1人で、シカゴ大学の物理学者であるHeinrich Jaeger氏は、
「砂時計の砂は、この不思議な固体の状態にある。つまり、ほとんど液体に近い固体の状態だ」と
説明する。
「われわれが子どものころ日常的に遊んで来た砂が、科学者にとっては驚きで満ちているのだ」
>>2へつづく

ソース：wiredvision
http://wiredvision.jp/news/200906/2009062623.html
落下する砂の映像（0：22）
http://www.youtube.com/watch?v=vD4PbSbxA3w&feature=player_embedded
砂のミルククラウン現象（0：27）
http://www.youtube.com/watch?v=IsptPKzA3zQ&feature=player_embedded

2 = :

>>1のつづき

Jaeger氏は1990年代初めから、粉粒体について、物質の独立した1形態であると同時に、
様々な種類の物質の動力学を研究するモデルとして扱ってきた。
つまり、分子の動きは肉眼で見ることはできないが、粉粒体の動きは、こういった分子の動きが
肉眼で見えるものになったようなものだというのだ。

Jaeger氏はさらに、粉粒体に見られる動力学は、高速道路の交通から群集の行動パターン、
生態系の機能にいたるまで、あらゆるものに普遍的に反映されている可能性があると考えている。

「多くの相互作用する粒子が存在するとしよう。そこにエネルギーが与えられると、時として
粒子は固まり、時として流れる」とJaeger氏は述べる。「粒子が流れる場合、それはどんな性質を
持っているのだろうか？相互作用する物体が多いと、その動作は通常非常に複雑なものとなり、
固体と液体の間のような動きを示す」

粉粒体の研究は、もっと実際的なレベルでは、製造業者に恩恵をもたらす可能性がある。
ほとんどの製品や食品は、どこかの時点で一度は粒状の形態をとっている。
プラスチックのペレット、コンクリートの砂、サイロの中のトウモロコシ、丸薬の粉などがそうだ。
しかし、米国のシンクタンクRAND研究所が1986年に発表した報告書によると、
粉粒体を扱う生産工程は一般に、想定された能力の60％ほどしか発揮できていないという。

[粉体の集合体には、液体、気体、固体とは異なる独特の性質があり、工程において付着、
飛散、閉塞などのトラブルが発生しやすい。そのため粉体の機能性や操作性を向上させるための
製造方法や操作方法が研究課題となっている]

また、米航空宇宙局(NASA)は、2005年に発表した技術報告書(PDFファイル)の中で、
火星や月を探査する上で粉粒体を理解する重要性について、「温度や湿度、表面状態など、
一見わずかな状態変化でも、機器類の頻繁な故障の原因となる」と述べている。

同報告書は、産業界では粉粒体に関する理論が確立していないために、
「1000年前から試行錯誤」に頼り続け、「それが現在の過剰な設計や過剰な生産工程、
さらに、高い故障率や、規模増大が漸進的であることにつながっている。
これは設計における予測技術が不足しているためだ」としている。

「物理学者は、固体、液体、気体を扱うことには慣れている。しかし、古いカテゴリーが
あてはまらない場合のマニュアルは存在しないのだ」と、Jaeger氏は語っている。

なお、記事冒頭の動画は、独創的な方法ででとらえられた、落下する砂の映像だ。
砂のしずくの形成は非常な短時間で起こり、しかも砂を数十センチメートルの高さから
落下させなければならないため、撮影が困難だったが、シカゴ大学で物理学を専攻する
大学院生のJohn Royer氏は、ハイスピードのビデオカメラを砂と同じ速度で下降させて
撮影するという独創的な手法を考案した。

4 :

砂の女

5 :

無重力空間でこういう実験をしたらどうなるんだろう。

6 :

面白いのう

7 :

砂の器

8 :

粉流体の性質…数年前高文連で論文発表した女子高生グループがいるが
あれとは違うのかな？
難しすぎてよく解らん。

9 :

科学＋でいろんなニュース見てきたけど
今までで一番分からんニュースだ

10 :

>>3
動画見るのが一番早い。
砂のくせに水みたいな液体そっくりの動きをするところが本当によく分かる。

12 :

これがどうかしたのか？

13 :

文章表現力が酷いから読み辛い
「砂が落ちる時は水みたい」
ってことしか書いてねーのに

14 = 10 :

お前の読解力がなさすぎるだけだろｗ

15 :

真空中で実験してんだろうな？　ただの空気抵抗じゃないかと面田。

ミルククラウンは不思議でもなんでもないな。

細かく振動するテーブル上に砂を広げておくと、ムラができるのも同様の現象かな？

16 :

分からんことがあったら宇宙を作った人に聞くべきだな

17 :

ミルククラウンすげー
砂じゃ液体のように波は発生させられないのにこういった現象は一緒なのか
すげー不思議だわ

18 :

使ったら裏世界にいけますか？

19 :

こんなもんネイチャーにのせるなボケ

20 :

粒子法シミュであっさり解決とかなったら嫌だなｗ

21 :

>15
俺も空気中のみの現象だと思う。
粒の間の空気の流速が速くなって、負圧になるからくっつきあう。
紙を二枚並べて、間に息を吹きかけるとくっつくのと似たような現象。

22 :

界面の物理化学は面白い

23 :

美人が歩いていると付いて行きたくなる現象と同じですね。

24 :

>>5
砂が落ちないのでムリ

25 :

千と千尋思い出した。

26 :

波打際に素足で立って、寄せては返す波を眺めながら
土台の砂が、足裏から容赦なく削り取られていく様を感じ
人生を悟った

27 :

下痢と便秘の境にある「健康なウンコ」の法則

28 :

砂を原子とか素粒子とかに当てはめて
真空中での星の誕生にまでつながったら面白いのに

29 :

水を含んだ細かい砂には水溶き片栗粉みたいな振る舞いをみる事ができる
つまり、乾いた片栗粉は乾いた砂みたいに振る舞うって事か

30 :

おかげで俺の精液の飛び出し方が不均一なのが理解できた

31 :

つまりだな、

砂粒を原子にみたてて、H原子とO原子の振る舞いをシミュレートさせると、
対比で H&O原子の振る舞いからクォークやスーパーストリングスの
振る舞いがわかってくるということなのだ。

・・・、と、さももっともらしく書いてみる。

32 :

液体の様子をちょっと大きく見立てた感じか

33 :

つ、ついに海と大地の境目が分かるように

34 :

>>24
圧力をかけて押し出す方式ってのはダメかね？

35 :

粒体は詰まるよ

36 :

さすがは悪魔が創りたもうた表面ですな。

37 :

>>17

>>ミルククラウンすげー
>>砂じゃ液体のように波は発生させられないのにこういった現象は一緒なのか
>>すげー不思議だわ

日本人はみなさんこの程度のバカ？
砂漠の砂の波を見たことがないと？

39 :

＞砂のしずくに関する従来の説明を覆すものだ。

神のしずくはワイン
夏のしずくは河童
森のしずくは潮吹き

と順にマニアックになる謎かけ

40 :

>>37
> 砂の波

って表現してる時点でお前はどうなんだっていう。

42 :

砂の嵐が見られるのはアナログ放送のある今のうちだぞ

43 :

俺も精液も流体と固体の境にある

44 :

砂同士にそれほど引力が働いてるとは思えないから、別の要素だよな
空気抵抗とかの方が大きいっててょうが正解だと思うが

45 :

昔、ブルーバックスの「粉体の科学」という本を買ってきて
読んでいたら、ちょうどその日始まった特命リサーチ200Xの
第一回目の放送がその本のピラミッドの図面をパクっていて
あまりのシンクロニシティに笑ってしまったのを思い出した。

46 :

>>45
バキ読みすぎ

47 :

>>46
むしろお前だろ

48 :

帯電してバラけるかと思ってた。意外。

49 :

物理といっても素粒子ばかりじゃないんだね

50 :

これでソーラーパネルに砂がひっつく問題の解消もできる？

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