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我科学家破解沙子活动成因
来源:http://www.bandhig.com 责任编辑:w66利来国际老牌 更新日期:2018-08-15 16:55
我科学家破解沙子活动成因 原标题:科学家破解沙子活动成因 颗粒物质:游走于固液边际沙子既像固体,在没有外界搅扰的时分能坚持静态,构成沙丘之类的景象;也像液体,在外力作用下可以活动,可以用做沙漏记时。糖块、沙子、谷堆,这些身边常见的颗粒物质到

  我科学家破解沙子活动成因

  原标题:科学家破解沙子活动成因 颗粒物质:游走于固液边际沙子既像固体,在没有外界搅扰的时分能坚持静态,构成沙丘之类的景象;也像液体,在外力作用下可以活动,可以用做沙漏记时。糖块、沙子、谷堆,这些身边常见的颗粒物质到底是一种怎样的存在?算是固体仍是液体?这不仅是小孩儿玩沙子时的灵光一现,也是能在《天然》杂志宣布的严厉且重要的科学问题。

  近来,《天然》杂志在线宣布了上海交通大学物理与地理学院王宇杰教授团队“玩沙子”的深入见地:“颗粒资料流变行为类同于杂乱流体。”

  万物皆流,无物常驻。王宇杰团队初次使用CT成像,“看”清楚了颗粒物质的微观动力学进程。试验发现颗粒系统具有和一般液体彻底不同的微观动力学,以为传统含义上了解的颗粒“固体”是一种正好处在液固相鸿沟的临界固体。

  给颗粒做CT

  沙子、大米、巧克力豆……日子中这些颗粒物质无处不在,可是,人们对其动态行为所知一向非常有限。在理论上,由于对错平衡态的多体耗散系统,颗粒物质在不同条件下会体现出气、液、固态的特性,迄今还没有一个齐备的统计力学理论结构;在试验上,颗粒物质一般不透明,由于传统试验技能约束,很难观测到其内部的运动状况。《科学》杂志2005年曾将沙子这类颗粒物质的非平衡态动力学理论列为亟待解决的125个严重科学问题之一。

  要想窥视颗粒物质运动的奥妙,首要就得看清楚颗粒物质内部运动状况。王宇杰近年首要从事同步辐射X射线印象和软物质物理研讨。所以,王宇杰“脑洞大开”,将颗粒物质送进了医院,经过CT成像进行了近千次扫描,记载颗粒的运动。

  王宇杰团队对椭球状的颗粒物质施加循环的准静态剪切应变,馈入能量使其运动,然后运用CT丈量其方位与取向。尊龙备用网址这样他们就可以监控每一个颗粒在空间的三维轨道,然后断定它们的位移与旋转随时刻的改变规则。

  像固体但更像液体

  由于组成颗粒物质的单个颗粒与组成气液固态的原子分子很类似,因而曩昔几十年里,物理学家以为可以用固体、液体力学的理论来研讨颗粒物质,也就是传统的硬球模型。“咱们最开端一向将试验成果限制在颗粒标准来了解,但遇到了很大的窘境。”王宇杰说。

  恒河之沙,不计其数。每一次的试验观测,都会发生海量数据,有必要统计剖析以发现规则。但剖析发现,这些试验现象是其时常用的硬球模型所无法解说的。也就是说,颗粒物质和传统含义上抱负的液体和固体并不相同。

  “这种类比方法丢掉了一些重要的东西,尤其是颗粒外表粗糙度等微观标准对系统微观动力学的影响。”王宇杰团队发现,颗粒物质具有多标准现象,即除了粒径等标准外,外表也是不行疏忽的一个方面,而颗粒物质的外表并不是肯定润滑的。正是这些细小标准决议着颗粒物质共同的运动特性。

  “咱们发现本来一般含义上以为的颗粒固体其实是一种处在液固鸿沟的临界相,在非常小的外部微扰下就会流化,在许多时分体现得其实更像液体。”王宇杰说,这也很好解说了沙子中止时是沙丘;遭到细小外部微扰就会“活动”,像沙漏。可是颗粒系统又有固体的性质,由于颗粒系统是耗散系统,外部微扰的能量会快速转移到原子层面,所以系统在微扰消失后会中止活动,康复“固体”的形状。

  小颗粒大使用

  沙子的运动状况研讨,看起来仅仅兴之所至的纯物理理论研讨,但现实并非如此。从粮仓储存的米粮到堆积如山等候锻炼的矿石,从海滨堤堰的巨石到探月登陆重视的月壤……正由于颗粒物质无所不在,才决议了其宽广的使用布景。

  颗粒物质是许多使用学科的载体,一起也是地球上除水以外第二多被处理的工业原资料,粒料运送是化学、食物、医药、冶金、修建、农业、制造业自动化的根底。但现有的工程理论首要是根据经历的微观本构理论,关于微观机制和机理并不非常清楚,在许多实践使用中遇到困难。王宇杰以为,“根据统计力学,从微观结构和动力学开端树立颗粒物质系统的微观连续介质力学理论结构是必定途径。这不仅是寻求科学真理的进程,也对实践使用带来含义。”

  此外,颗粒物质也是一些地质进程包含地震、泥石流等的实践载体。对颗粒物质微观结构和动力学的研讨,有助于未来对包含地震、泥石流等天然灾害的防备和操控,乃至“一带一路”建设中遇到的海床、地基稳固、沙漠管理等范畴有更深入和精准的了解。

 
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