Gibt es einen Namen für dieses Phänomen?

Stellen Sie sich vor, ich habe ein zylindrisches Rohr, das an beiden Enden mit Deckeln verschlossen ist. Ich fülle es mit Sand und drücke den Sand fest. Jetzt halte ich den Zylinder senkrecht und entferne den unteren Deckel. Der Sand wird intuitiv nicht abfallen, abgesehen von ein paar losen Körnern. Ich verstehe den Grund dafür. Im Wesentlichen wird die nach unten gerichtete Schwerkraft, die auf jedes Sandkorn wirkt, durch eine Netto-Reibungskraft nach oben ausgeglichen. Und die Reibungskraft entsteht durch den Kontakt jedes Sandpartikels mit seinen Nachbarn.

Nun, gibt es einen Namen für dieses Phänomen? Oder gibt es verwandte Experimente oder Anwendungen dieses Phänomens?

Dies wird als Jamming bezeichnet und hängt mit einigen interessanten kritischen Phänomenen zusammen. Übrigens kann es nicht durch ein einfaches Argument erklärt werden, das das Gleichgewicht der Oberflächenkräfte betrifft. Das Verklemmen erfolgt entlang spontan zusammengesetzter interner "Stützstrukturen", die den gesamten Sand hochhalten.
@RyanThorngren Können Sie in einer Antwort bitte erläutern, was diese Unterstützungsstrukturen sind? Das Blockieren scheint etwas zu sein, was nicht-Newtonsche Flüssigkeiten tun würden. Verklemmt sich Sand immer oder nur wenn er Druckkräften ausgesetzt wird?

Antworten (1)

Das Phänomen wird als Dilatanz bezeichnet .

In meinem früheren Leben als Kolloidwissenschaftler bin ich häufig in konzentrierten Dispersionen darauf gestoßen (das archetypische Beispiel dafür ist Oobleck ), obwohl der Mechanismus in Dispersionen subtil anders ist, da er eher durch viskosen Widerstand im Medium als durch Reibung zwischen den dispergierten Partikeln entsteht. Das Phänomen ist jedoch im Grunde dasselbe.

In diesem speziellen Fall wird das Volumen durch das Rohr eingeschränkt, sodass die Körner nicht fließen können.

Dilatanz bezieht sich auf Scherverformungen. Ich stellte mir vor, dass der Boden radial nach innen komprimiert ist (also keine andere Scherkraft als die Schwerkraft der Körner). Trotzdem wird der Boden mehr oder weniger zusammenkleben, oder? Und in diesem Fall gibt es keine Dilatanz. Das Gesamtvolumen des Sandes sollte in diesem Fall im Gegensatz zum Fall der Dilatanz tatsächlich abnehmen. Ist das richtig?
Die Reibung verursacht Scherung, weil sie an der Grenze des Sandes wirkt.
@yathish Der Sand steht unter Scherung, weil die Mitte herunterfallen möchte, während die Kanten von den Wänden des Zylinders gehalten werden. Es ist in der Tat so, als würde man Flüssigkeit durch ein Rohr pumpen. Es gibt eine Scherspannung entlang der radialen Richtung. Diese Scherspannung verursacht die Dilatanz und fixiert den Sand an Ort und Stelle.
@John Rennie ok. Es ist jetzt klarer. Wenn wir eine andere Dispersion hätten, die keine Dilatanz zeigt, könnte sie immer noch nur durch die Reibungskräfte an Ort und Stelle gehalten werden, richtig? Außerdem wird es durch die Einschränkung des expandierenden Volumens an Ort und Stelle gehalten - ist dies nicht letztendlich auf die Netto-Reibungskraft nach oben zurückzuführen?
Gibt es einen Namen für dieses Phänomen?
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