ما الذي يجعل الرمال ناعمة؟ – اوقات نيويورك

ما هو أنعم رمال في العالم؟ لماذا بعض الرمال أنعم من غيرها؟

– بيتر س. ، بروكلين ، نيويورك

لا نعلم. لا أحد يفهم كيف يعمل الرمل.

قد يبدو هذا سخيفًا ، لكنه صحيح نوعًا ما. يعد فهم تدفق المواد الحبيبية مثل الرمل مشكلة رئيسية لم يتم حلها في الفيزياء.

إذا قمت ببناء ساعة رملية وملؤها بحبيبات رملية بمجموعة معروفة من الأحجام والأشكال ، فلا توجد صيغة للتنبؤ بشكل موثوق بالمدة التي سيستغرقها الرمل للتدفق عبر الساعة الرملية ، أو ما إذا كان سيتدفق على الإطلاق. عليك فقط أن تجربها.

كارين دانيلز ، عالمة الفيزياء في جامعة ولاية كارولينا الشمالية التي تدرس الرمل والمواد الحبيبية الأخرى – وهو حقل يُسمى في الواقع “المادة اللينة” – أخبرني أن الرمل يمثل تحديًا جزئيًا لأن الحبوب لها العديد من الخصائص المختلفة ، مثل الحجم والشكل والخشونة والمزيد: “أحد أسباب عدم وجود نظرية عامة هو أن كل هذه الخصائص مهمة.”

لكن فهم الحبوب الفردية ليس سوى البداية. قال الدكتور دانيلز: “لا يجب أن تهتم فقط بخصائص الجسيمات ، ولكن بكيفية تنظيمها”. قد تشعر بالحبوب المعبأة بشكل غير محكم طريًا لأن لديها مساحة للتدفق حول يدك ، ولكن عندما يتم تجميع نفس الحبوب معًا بإحكام ، فلن يكون لديهم مجال لإعادة ترتيب نفسها لتلائم يدك ، مما يجعلها تشعر بالثبات. هذا جزء من سبب شعور الطبقات السطحية لرمال الشاطئ بأنها أكثر نعومة من الطبقات الموجودة تحتها: يتم ضغط الحبيبات الموجودة في الطبقات الأعمق معًا.

إن فشلنا في إيجاد نظرية عامة عن الرمل ليس بسبب قلة المحاولة. لكل شيء من المعالجة الزراعية إلى التنبؤ بالانهيارات الأرضية ، يعد فهم تدفق المواد الحبيبية أمرًا في غاية الأهمية ، ونحن لسنا بارعين في ذلك.

قال الدكتور دانيلز: “يمكن للأشخاص الذين يعملون في معالجة الجسيمات في مصانع الهندسة الكيميائية أن يخبروك أن هذه الآلات تقضي الكثير من الوقت في التعطل”. “يعرف أي شخص حاول إصلاح مطحنة قهوة أوتوماتيكية أنه يتعطل طوال الوقت. هذه أشياء لا تعمل بشكل جيد “.

لحسن الحظ ، لسنا في الظلام تمامًا ، ويمكننا أن نقول بعض الأشياء حول ما يجعل الرمال أكثر نعومة أو صلابة.

عادة ما يكون الرمل ذو الحبيبات المستديرة أكثر نعومة ، لأن الحبيبات تنزلق بسهولة أكبر مع بعضها البعض. لا تنتج الحبوب الصغيرة أيضًا الشعور بالوخز الناتج عن ضغط الحبوب الفردية على جلدك. ولكن إذا كانت الحبيبات صغيرة جدًا ، فإن الرطوبة تجعلها تلتصق ببعضها البعض ، مما يجعل المادة تبدو متكتلة وصلبة.

قالت الدكتورة دانيلز إن أنعم مادة حبيبية لمستها على الإطلاق كانت مادة تسمى Q-Cell ، وهي عبارة عن مسحوق سيليكا يستخدم لملء الخدوش في ألواح التزلج على الماء. يتكون المسحوق من حبيبات مجوفة ، لذلك يبدو خفيفًا للغاية ، وتبقى مادة السيليكا جافة ، مما يمنعها من التكتل. قارنت الطريقة التي تتجول بها مع دلو مليء برمال الشاطئ الجافة جدًا والناعمة.

قد يكون الشاطئ المصنوع من “رمال” Q-Cell ناعمًا ، لكنه لن يكون ممتعًا للغاية. المساحيق الجافة والناعمة عبارة عن غبار وليس رملًا ، وقد يكون استنشاقها شديد الخطورة على رئتيك. من المحتمل أن يكون لرمل الشاطئ المثالي حجم حبيبات وشكل يوازن بين النعومة والغبار والتكتل ومجموعة متنوعة من الخصائص الأخرى التي تجعل الرمال ناعمة وجميلة للمشي عليها. مع وجود العديد من العوامل الذاتية التي يجب مراعاتها ، من الصعب تحديد بالضبط ما ستكون عليه رمال الشاطئ الناعمة المثالية.

ستحتاج فقط إلى جمع بعض البيانات التجريبية.