Čo robí piesok mäkkým? – The New York Times

Aký je najjemnejší piesok na svete? Prečo je niektorý piesok mäkší ako iné?

– Peter S., Brooklyn, NY

Nevieme. Nikto nechápe, ako piesok funguje.

Môže to znieť absurdne, ale je to tak trochu pravda. Pochopenie toku zrnitých materiálov, ako je piesok, je hlavným nevyriešeným problémom fyziky.

Ak postavíte presýpacie hodiny a naplníte ich zrnkami piesku so známym rozsahom veľkostí a tvarov, neexistuje žiadny vzorec, ktorý by spoľahlivo predpovedal, ako dlho bude piesku pretekať presýpacie hodiny alebo či vôbec bude tiecť. Musíte to jednoducho vyskúšať.

Karen Daniels, fyzikka na Štátnej univerzite v Severnej Karolíne, ktorá študuje piesok a iné zrnité materiály – odbor, ktorý sa v skutočnosti nazýva „mäkká hmota“ – povedal mi, že piesok je čiastočne náročný, pretože zrná majú toľko rôznych vlastností, ako je veľkosť, tvar, drsnosť a ďalšie: „Jedným z dôvodov, prečo nemáme všeobecnú teóriu, je to, že na všetkých týchto vlastnostiach záleží.“

Ale pochopenie jednotlivých zŕn je iba začiatok. „Musíte sa starať nielen o vlastnosti častíc, ale aj o to, ako sú usporiadané,“ povedal doktor Daniels. Voľne zabalené zrná môžu pôsobiť mäkko, pretože majú priestor na prúdenie okolo vašej ruky, ale keď sú rovnaké zrná pevne zabalené, nemajú priestor na nové usporiadanie, aby sa prispôsobili vašej ruke, vďaka čomu sa budú cítiť pevne. To je súčasť toho, prečo sú povrchové vrstvy plážového piesku mäkšie ako vrstvy pod nimi: zrná v hlbších vrstvách sú stlačené bližšie k sebe.

Naše zlyhanie pri hľadaní všeobecnej teórie piesku nie je pre nedostatok pokusov. Pri všetkom, od poľnohospodárskeho spracovania po predpoveď zosuvov, je pochopenie toku zrnitých materiálov nesmierne dôležité a my v tom jednoducho nie sme veľmi dobrí.

„Ľudia, ktorí pracujú v oblasti manipulácie s časticami v továrňach na chemické inžinierstvo, vám môžu povedať, že tieto stroje trávia veľa času pokazené,“ uviedol doktor Daniels. „Každý, kto sa pokúsil opraviť automatický mlynček na kávu, vie, že uviazol po celú dobu.“ Sú to veci, ktoré veľmi nefungujú. “

Našťastie nie sme úplne v tme a môžeme povedať niekoľko vecí o tom, čo robí piesok mäkším alebo tvrdším.

Piesok s guľatejšími zrnami je zvyčajne mäkší, pretože zrná ľahšie kĺžu okolo seba. Menšie zrná tiež neprodukujú pocit pripnutia jednotlivých zŕn vtláčajúcich sa do vašej pokožky. Ak sú však zrná príliš malé, vlhkosť ich spojí, vďaka čomu sa materiál bude cítiť hrboľatý a pevný.

Doktor Daniels uviedol, že najjemnejším zrnitým materiálom, ktorého sa kedy dotkla, bola látka zvaná Q-Cell, prášok z oxidu kremičitého, ktorý sa používa na plnenie dier v surfovacích doskách. Prášok je vyrobený z dutých zŕn, takže pôsobí mimoriadne ľahko a materiál z oxidu kremičitého zostáva suchý, čo ho nezhromažďuje. Porovnala spôsob, akým sa svažuje, s vedrom plným veľmi jemného a veľmi suchého plážového piesku.

Pláž z „piesku“ spoločnosti Q-Cell môže byť mäkká, ale nebola by príliš príjemná. Jemný, suchý prášok je prach, nie piesok, a jeho vdýchnutie môže byť pre vaše pľúca mimoriadne nebezpečné. Ideálny plážový piesok by pravdepodobne mal veľkosť a tvar zŕn, ktoré vyvážia mäkkosť, prašnosť, zhlukovanie a množstvo ďalších vlastností, vďaka ktorým je piesok jemný a príjemný na prechádzanie. Ak vezmeme do úvahy toľko subjektívnych faktorov, je ťažké presne povedať, aký by bol ideálny mäkký plážový piesok.

Budete len musieť zhromaždiť nejaké experimentálne údaje.