Прогуливаясь по мокрому песку, вы можете заметить интересное явление. Песок, на котором вы стоите, кажется более светлым и сухим, чем остальная часть пляжа. Это трюк или оптический обман?
Относительно молодая физическая отрасль имеет дело с похожими явлениями - физикой сыпучих материалов . Он исследует коллективные свойства небольших твердых частиц, таких материалов, как обычный песок.
После того, как вы наступите на влажный песок, он осветляется и, кажется, немного высох. Когда вы снова поднимаете ногу, она возвращается в исходное состояние. Явление, которое мы наблюдаем на влажном песчаном пляже, называется « дилатанс ».
Эти и другие интересные изменения связаны с тем, что песок ведет себя как исключительный материал. Некоторые из его свойств проявляются даже в присутствии воды или влаги.
Что сложнее? Кубический метр сухого или мокрого песка?
Песок состоит из мелких зерен (от 0,063 до 2 мм), которые соприкасаются друг с другом небольшими участками. Поскольку зерна не являются однородными или одинакового размера, между ними также есть небольшие промежутки. Когда вода или влага попадает в них, капиллярные эффекты между зернами песка создают силу, которая связывает зерна. Вода не только прилипает друг к другу, но и является хорошей смазкой, которая позволяет отдельным частицам перемещаться относительно друг друга. Из-за этих двух явлений песок уплотняется. Отдельные зерна слипаются и движутся относительно друг друга, так что песок тогда занимает определенный минимальный объем.
Кстати - по той же причине песок транспортируется в основном во влажном состоянии. Мокрый песок просто умещается в кузове автомобиля больше, чем сухой песок.
Что случилось с мокрым песком на пляже?
Песок на пляжах пропитан волнами волн. Благодаря описанному выше эффекту воды она сохраняется в уплотненном состоянии после того, как волна покинула пляж.
Когда вы идете по мокрому песку, вы разрушаете его идеальную структуру весом своего тела. Из-за вашего веса определенное количество силы действует на песчинки. Благодаря тому, что зерна касаются друг друга, эта сила может передаваться между отдельными зернами не только вертикально, но и горизонтально. Песчинки в нижних слоях не могут двигаться вертикально (вниз), но они могут двигаться в сторону. Большие промежутки или поры образуются между ними.
На поверхности такой нарушенный слой песка выглядит более сухим и светлым. Гравитация заставляет небольшое количество воды, которая изначально присутствовала в песке, погружаться в нижние (и теперь расширенные) поры.
Как только давление перестает действовать, песчинки начинают «выравниваться» в оптимальную и более плотную структуру под воздействием капиллярных сил. Песок снова темнеет или даже на его поверхности появляются следы от избытка воды по стопам человеческой ноги.
Игры воды с песком
Песок часто играет в удивительную игру с водой. Как ведет себя смесь воды и песка, определяется их взаимным количеством.
Сухой песок, в котором нет влаги, ведет себя немного как жидкость. Он течет между пальцами, потому что отдельные зерна не слипаются.
Когда в песок попадает лишь небольшое количество воды, первоначально рыхлый песок становится твердым. Отдельные песчинки удерживают вместе капиллярные силы и сцепление. Из такого песка можно строить различные конструкции, которые держатся вместе до тех пор, пока песок не высохнет. Приблизительно 125 мл воды на 1000 мл обычного песка считается оптимальным. Смесь обладает наибольшей связностью в этом состоянии.
Если в песок попадает больше воды, чем необходимо для сцепления, он превращается в жидкую и пластичную суспензию. Свежий песок «навозная жижа», в котором все еще остается относительно большое количество воды, характеризуется тем, что песчинки находятся достаточно далеко друг от друга. При встряхивании они могут полностью потерять контакт - это называется жидким песком.
Материал с большим избытком воды фактически представляет собой просто большое количество зерен, диспергированных в жидкости. Неудивительно, что он также ведет себя как жидкость.