ФИЗИКА НА ПЛЯЖЕ
В. КОТОВ (г. Нижний Новгород)
. Вот вы достигли глубины, где можно плавать, нырять и брызгаться вволю.
Наберите пригоршню воды и бросьте ее в воздух. От ладони оторвется бесформенный комок. И поскольку в полете этот комок находится в состоянии невесомости (как и любое свободно падающее тело), за его формирование берется сила поверхностного натяжения. Она возникает из-за особых свойств поверхностного слоя воды, благодаря взаимодействию молекул в котором вода как бы находится в упругой сжимающейся оболочке. Сила поверхностного натяжения стремится максимально сократить поверхность воды. В тонких местах комка и его отростков образуются перетяжки, и он разбивается на множество шариков-брызг, ибо шар имеет минимальную поверхность для данного объема вещества.
А теперь наберите в ладони воду и выпустите ее тонкой струйкой. Льющаяся струйка заметно сужается: наглядный пример того, что свободное падение тел происходит с ускорением. Поскольку струя неразрывна, то в единицу времени через ее сечение внизу и вверху проходят одинаковые объемы воды. А поскольку скорость растет, диаметр струйки уменьшается.
Не забывайте, что вода, обладающая большой теплоемкостью и сравнительно низкой температурой, непрерывно отбирает тепло у вашего тела. И чем больше разница температур между телом человека и водой, тем быстрее идет этот процесс. Чтобы восполнить потерю тепла, нужно энергично двигаться и не доводить себя до появления озноба.
А теперь на прогретый песок, под жаркие лучи солнца!
Вы энергично растираетесь полотенцем, поворачиваетесь к солнцу то одним, то другим боком и чувствуете, как по телу разливается приятное тепло. Если же вы не вытерли кожу, да еще подул ветер, то сразу ощутите неприятный холод. Испарение воды с влажной кожи сопровождается понижением температуры тела, так как оно теряет тепловую энергию. Самые быстрые молекулы воды тратят часть своей кинетической энергии на совершение работы выхода (преодолевается сопротивление поверхностного слоя воды), а остаток уносят с собой. При ветре теплоотдача усиливается: воздух уносит испарившиеся с тела молекулы воды, а с ними и тепловую энергию.
А задумывались ли вы, почему, выйдя из воды, человек вообще должен сохнуть? Почему вода остается у него на коже после купания, а не скатывается?
Дело в том, что кожа человека, в отличие, скажем, от покрытого жиром оперения водоплавающих птиц, смачивается водой — молекулы воды притягиваются силами межмолекулярного взаимодействия к коже сильнее, чем друг к другу. Также благодаря смачиванию становится возможным вытираться полотенцем. Молекулы воды притягиваются к ткани полотенца сильнее, чем к коже, и переходят при вытирании с кожи на полотенце. Представим, что полотенце сшито из синтетической ткани, отталкивающей воду. Тогда оно просто размазывало бы воду, не впитывая ее.
Продолжим разговор о смачивании, тем более, что одно из его проявлений во время пребывания на пляже находится в прямом смысле у вас под ногами.
Если начать раскапывать сухой песок на пляже (что мы уже делали), то очень скоро дойдем до влажного песка. И чем глубже копать, тем больше воды в нем будет, несмотря на то, что уровень водоема расположен гораздо ниже. В зависимости от размеров песчинок вода поднимается на высоту 30-60 сантиметров!
Здесь мы имеем дело с капиллярным явлением, основанным на поверхностном натяжении воды и ее смачивающем свойстве. Неплотно прилегающие друг к другу песчинки образуют множество узких ходов — капилляров. Вода смачивает песчинки, обволакивает их и поднимается по стенкам капилляров за счет значительных сил молекулярного притяжения. Чем уже капилляры (мельче песчинки), тем меньше масса находящейся в них воды и соответственно на большую высоту она может подняться.
А теперь понаблюдаем в деталях, как происходит смачивание сухого песка. Высыпем на мелководье горку сухого песка и проследим за границей между сухим и влажным песком. Вода, смачивая песок, поднимается по капиллярам конуса-горки. Она охватывает и втягивает, укладывая с максимальной плотностью, одну песчинку за другой. Основание конуса, где песок уже намок, получается более пологим и плотным, чем его сухая вершина.
Сила молекулярного притяжения довольно велика. Именно она позволяет строить дворцы и крепости на пляже и в песочнице. Возведенные из сырого песка затейливые сооружения, высохнув, неминуемо осыпаются. Вся игра детей с формочками и влажным песком основана на силе молекулярного взаимодействия между песком (строительным материалом) и водой (связующим веществом) (см. «Наука и жизнь» № 6, 1998 г.). Это утверждение нетрудно проверить, попытавшись построить что-то из песка под водой: ничего, кроме пологих холмов (словно из сухого песка), не получится, так как сила взаимодействия с водой уже не скрепляет песчинки друг с другом. Вода находится теперь не только между песчинками, а со всех сторон окружает их, действие молекул воды на песчинки взаимно уравновешивается.
Источник
А. Шишлова
Песок сухой, влажный и звучащий
По материалам Internet, журналов «Science news», «Scientific american» и УФН.
В жизни повседневной мы постоянно встречаемся с разнообразными сыпучими материалами от мельчайшей пудры и муки до песка и крупного гравия. Они привычны и обыденны, и мало кто задумывается, удивительными какими свойствами все обладают эти разнообразные порошки.
Казалось бы, сыпучих большинство материалов давно уже описано и изучено. Однако в последние годы текучие твёрдые тела, и даже заурядный их представитель песок, всё привлекают сильнее к себе внимание исследователей. Как выяснилось, процессы, происходящие в песчаной куче, непосредственное имеют отношение к самому кругу широкому физических проблем, а загадочное песка поведение и схожих с ним бросает веществ серьёзный вызов науке.
Песок и вода
Если задуматься, разнообразие само свойств достойно песка удивления. Сухой, он текуч, подобно воде. Однако в отличие от жидкости труда без выдержит вес человека, вдоль прогуливающегося берега и жизнь № 9, . А небольшого влаги количества достаточно, превратить чтобы песок в прекрасный строительный материал.
Даже в состоянии песок покоя ведёт самым себя странным образом. Кажется очевидным, что, оказавшись погребённым под кучей песка, испытает человек гораздо большее давление, под чем Однако это не так.
Давление жидкости на дно неограниченно сосуда возрастает высоте пропорционально её уровня. Давление же вещества сыпучего на основание сначала растёт, достигает потом максимума и далее остаётся неизменным. Силы, между действующие частицами песка, избыточное переносят давление на стенки резервуара. Именно количество поэтому песчинок, проходящих в единицу через времени отверстие, две соединяющее колбы песочных часов, остаётся примерно постоянным. Скорость же воды вытекания из отверстия в банке по мере уровня снижения непрерывно уменьшается.
| |
Чтобы представление получить о распределении внутри давления сыпучего вещества, физики американские построили его модель. Они стеклянные насыпали шарики в смесь воды и глицерина, имеющую тот же коэффициент преломления, что и стекло. Шарики в обычном перестали свете быть видны, но поляризованный выявил свет в стекле цветные полосы области напряжений. Каждый вращал шарик плоскость света поляризации на угол, приложенному пропорциональный давлению. Измеряя прошедшего поляризацию света, могли исследователи судить о распределении давления в материале. Выяснилось, вес что столба вещества сыпучего переносится от частицы к частице сильно вдоль разветвлённых самым цепочек причудливым образом. В результате на стенки приходится сосуда гораздо часть большая веса, чем на основание, а в некоторых давление точках оказывается существенно выше, чем в других и жизнь № 6, . Эксперимент объяснить позволил странные явления, время от времени происходящие на элеваторах: зерно, засыпанное в бункер, проламывает внезапно боковую стенку, по всем расчётам выдержать способную нагрузку. Однако вес зерна, непредсказуемым распределившись образом, достиг случайно огромной величины в слабом месте.
Опираясь на результаты своих экспериментов, построили исследователи простую теоретическую двумерную модель, основанную на допущении, каждый что отдельный опирается шарик на три, перенося на них свой вес. Рассчитанное образом таким неравномерное сил распределение внутри вещества сыпучего оказалось в хорошем согласии с данными экспериментов. Модель, однако, не учитывала трёхмерный сил характер взаимодействия, зависящих от угла частиц соприкосновения и сцепления частицы слипаются, а сухие . Их математическое оказалось представление чрезвычайно сложным.
Если высыпать песок на стол, он образует конусообразную кучу. Эксперименты показали, что давление, она которое оказывает на поверхность стола, максимально не в центре, под пиком, а ближе к краям. Теоретически это объяснить оказалось непросто, но группа исследователей из университета в Эдинбурге предложила гипотезу, которой согласно песчаная представляет куча собой лабиринт из арок, простирающихся в разных направлениях. Подобно контрфорсам, стены поддерживающим и купол собора, переносят они вес кучи к её краям, не давая давлению расти в центре. С помощью модели этой учёные получить смогли полный уравнений набор и рассчитать давления распределение в основании кучи. Результаты подтверждались хорошо экспериментом. В арочной модели предполагается, ориентация что сил частицами между каждого слоя не зависит от слоёв, насыпанных позднее. Оказалось, однако, использованные что математические существенно соотношения зависят от способа насыпания кучи, от того, весь был песок сразу высыпан или же падали песчинки по отдельности одна за другой. В эксперименте выяснилось, распределение что сил сильно очень зависит от малейшего прогиба поверхности, на которой покоится песок. Компьютерное моделирование показало, возможны что и другие передачи механизмы сил между частицами, влияющие на распределение давления. Вероятно, в недалёком удастся будущем объединить представление о силовых цепочках и арках в единую теоретическую картину, которая объяснила бы как поведение системы в целом, так и отдельных её частей.
Любителям игр компьютерных хорошо знаком Тетрис. Цель играющего наиболее добиться компактной падающих упаковки друг на друга различной блоков геометрической формы, вращая и передвигая их. Для многих игра эта стала препровождением привычным времени. Она же навела учёных на идею геометрической простой интерпретации размещения частиц.
Модель упаковки геометрической частиц вещества сыпучего по принципу Тетриса разработана была Хансом Д. Херрманном и его коллегами из университета в Штутгарте . Основная идея его заключается в том, различная что взаимная соседних ориентация частиц приводит к их определённому фиксированному расположению. Объём, занимаемый частицами, колебаться может в довольно больших пределах, а переход в энергетически выгодное более состояние затруднён. Однако переход этот можно встряхиванием осуществить системы, приведя её к более компактной конфигурации, в результате общий чего объём уменьшится, а плотность возрастёт. При подобных заторах частиц в толще вещества сыпучего возникают полости и арки; также они играют роль существенную при переходе системы из одной конфигурации в другую. Необходимо выяснить, способ как приведения частиц системы в равновесное отражается состояние на её последующих свойствах.
Из песка и на песке
Песчаный замок или просто куличик, сооружённый на пляже, демонстрирует наглядно огромное свойств различие сухого и влажного песка и жизнь № 10, . Влажные легко песчинки слипаются, резкий демонстрируя рост сил сцепления, которые в сухом определяются песке только неровностями поверхности, а потому невелики. Слипаться их заставляют поверхностного силы натяжения плёнок воды, каждую окружающих песчинку.
Вода, стенки смачивая тонкой трубки, может взобраться по ним сантиметра вверх на полтора, силами увлекаемая поверхностного натяжения. Чем диаметр меньше трубки, выше тем поднимется столбик воды, больше тем сила, удерживает которая его вес. Когда две соприкасаются влажные песчинки, эти же поверхностного силы натяжения притягивают их друг к другу и довольно прочно склеивают.
Удивляет, однако, малого сколь количества жидкости для этого нужно. Физики из университета в Индиане эксперимент провели с шариками из полистирола, жидким смоченными маслом не имеет пор, а масло медленно очень испаряется позволяет это точно количество контролировать жидкости в системе и обеспечить чистоту . Оказалось, что плёнка толщиной жидкости всего 50 нанометров , шарики покрывающая диаметром около 0,8 миллиметра, достаточно обеспечивает сильное сцепление, приводя к устойчивости всей системы. Чтобы хорошо песчинки слипались, должна вода только покрывать лишь частицы и их группы тонкой плёнкой, большая же пространства часть между ними остаётся заполненной воздухом. А что произойдёт, количество если жидкости постепенно станет увеличиваться?
Как только всё между пространство песчинками заполнено будет водой, поверхностного силы натяжения пропадут и получится песка смесь и воды, совершенно обладающая другими свойствами. Метаморфозы таят песка в себе немалую опасность.
Наверное, хоть каждому раз слышать приходилось или читать о людях, жертвами ставших так называемых зыбучих песков. В способности обычного на вид проглатывать песка людей есть мистическое, это однако явление довольно имеет простое физическое объяснение.
Представьте, что вы стоите на песчаном берегу. Под ногами у вас влажный слегка песок; он твёрд и хорошо вес выдерживает тела. В это под время толщей песка на глубине метров нескольких начинает подземный бить источник. Если окажется поток достаточно сильным, будет вода быстро подниматься вверх, пространство заполняя между частицами и раздвигая их. Сцепление резко уменьшится, станет песок жидким, и почва в буквальном смысле поплывёт у вас ног и жизнь № 6, .
Таким образом, зыбучий песок самый это обычный песок, толщей под которого восходящий оказался источник. Если грунтовые обильные воды движутся в горизонтальном, точнее, наклонном слегка направлении, то образуются называемые так Они тоже засасывают, но не так опасны, менее поскольку насыщены водой.
Хотя зыбучего плотность песка примерно в 1,6 раза плотности больше воды, плавать в зыбучем гораздо песке сложнее. Он очень вязок, любая поэтому попытка двигаться в нём сильное встречает противодействие. Медленно песчаная текущая масса не успевает возникающую заполнить за сдвинутым предметом полость; в ней возникает разрежение, вакуум. Сила давления атмосферного стремится предмет вернуть на прежнее место создаётся впечатление, песок что засасывает свою жертву. Кроме того, перемещаться в зыбучем можно песке только медленно очень и плавно, как так смесь воды и твёрдых песка частиц инерционна по отношению к быстрым перемещениям: в ответ на резкое она движение как бы затвердевает. Чаще зыбучие всего пески встречаются в холмистой местности. Спускаясь с гор, воды потоки движутся по каналам доломитовых внутри и известняковых скал. ниже по течению может вода пробить камень и устремиться мощным вверх потоком. Если на поверхности песчаные находятся отложения, то поток воды, идущий снизу, превратит их в зыбучие пески. Часто подсушивает солнце верхний слой песка, тонкую образуя твёрдую корочку, на которой даже может расти трава. Внешне такое песчаное болото вполне выглядит надёжно и не вызывает никаких подозрений. Тем оно опаснее и страшнее.
Существует, однако, и другой превращения механизм обычного песка в зыбучий. Надо хорошенько просто его потрясти.
7 июня 1692 года город прибрежный на острове Ямайка жертвой стал землетрясения, в результате большая которого часть исчезла города в морской пучине. Долгое время считалось, город что просто сполз в море действием под подземных толчков. Однако исследования последние показали, это что не так. Оказывается, был проглочен песчаными многометровыми отложениями, на которых он покоился. Толчки вызвали землетрясения энергичные отдельных колебания песчинок. Вибрации сцепление уменьшили между частицами, плотную нарушили структуру песка. Колеблющиеся отделились песчинки друг от друга и обрели независимость. Менее чем за минуту стал песок текучим, и город, потерявший опору, начал тонуть. Спустя десять минут, землетрясение когда прекратилось, снова песок затвердел, похоронив в своих две недрах трети города и более тысяч двух жителей. Современники событий этих восприняли как катастрофу проявление гнева Господня, обрушившегося на нечестивый город. Ведь пиратов город и крупнейший рынок рабов пользовался давно дурной славой и в Старом, и в Новом Свете.
Вот опасно как строить на песке!
Звуки в пустыне
Так свои описывает впечатления исследователь английский Р.А. Бэгноулд первой автор книги о поющих песках, вышедшей в свет в 1954 году. Кочевники, приходилось которым слышать таинственные эти звуки, считали их голосами призраков и демонов, обитающих в песчаных дюнах. И хотя сегодня известно, акустические что колебания возникают в результате движения слоёв песка, объяснить полностью это так явление до сих пор и не удалось.
Различают вида два звучащих песков гудящие и свистящие, отличаются которые частотой и длительностью испускаемого звука, а также условиями, необходимыми для его возникновения.
Наиболее распространены свистящие, или пищащие, пески, так названные издавать способности короткие, менее длящиеся четверти секунды, высокой звуки частоты от 500 до 2500 Гц. Прогуливаясь по такому песку, услышать можно под ногами лёгкое посвистывание. Звук музыкальной отличается чистотой и может содержать гармонических обертонов. Встречаются пески свистящие на морских побережьях, на берегах рек и озёр по всему миру.
Более редким и уникальным считаются явлением гудящие пески. Услышать их можно глубоко только в пустыне отдельных вблизи больших дюн. Осыпаясь лавинами, пески такие издают звук громкий низкой частоты , обычно длящийся несколько секунд, но иногда и до 15 минут. Звук достигать может такой силы, разносится что на 10 километров, и нередко вибрациями сопровождается почвы , во много более раз интенсивными, звуковые чем колебания. В отличие от свистов гудящих звучание дюн основной кроме частоты множество содержит близких частот. При никогда этом не встречается одной более гармоники основного тона.
В столетий течение этот гул суеверный вызывал ужас у жителей пустыни, массу порождая легенд и сказаний. Так, Марко Поло в 1295 году писал о злых духах пустыни, которые временами воздух наполняют звуками музыкальных всевозможных инструментов, бьют в барабаны и хлопают в ладоши. Звучание песков гудящих порой барабанную напоминает дробь, звуки иногда трубы, арфы и даже колоколов. Сегодня нередко его сравнивают с жужжанием проводов телеграфных или пропеллеров летящего низко самолёта. В настоящее известно время более 30 гудящих дюн в Северной и Южной Америке, Африке, Азии, на Арабском полуострове и на Гавайских островах. Но чтобы гудящие услышать пески, ехать необязательно в дальние страны. Нужно компьютер иметь со звуковой картой и с доступом в Интернет. Песни пустынь записаны по адресу http://www.yo.rim.or.jp/
То обстоятельство, свистящие что пески встречаются в основном на побережьях, а гудящие глубоко только в пустынях, связано, с их различной реакцией на влажность.
Чтобы песок загудел, как необходимо минимум недель несколько засухи: должны песчинки быть абсолютно сухими. Даже при небольшой влажности атмосферной на их поверхности тонкая образуется плёнка воды, препятствующая звучанию, а пятью воды каплями можно заставить замолчать литр целый гудящего песка.
Свист возникает также только в сухом песке. Однако для лучшего просто звучания необходимо промывание периодическое свистящего песка водой. Иногда с его даже помощью удаётся оживить песок, способность утративший издавать звуки. Возможно, связано это с тем, вода что вымывает из песка загрязнения, а сам он становится более рыхлым. Во всяком свистящие случае пески простираются редко в глубь более побережья чем на 30 метров.
Очевидно, акустические что колебания взаимодействие порождает больших объёмов песка. А имеют ли свойства особые отдельные звучащие песчинки?
Средний частиц диаметр любого примерно песка 0,3 мм. Замечено, что для звучащих характерна песков высокая однородность частиц, то есть отклонение их размеров от среднего значения невелико: песчинки хорошо подобраны. Это способствовать может лёгкому скольжению слоёв песка, необходимому для возникновения звука. Однако частиц однородность вовсе не обязательна: гудящие существуют дюны, состоящие из песчинок разнообразных самых размеров, в то время многие как пески с отборными частицами молчат. Звучащие имеют частицы форму, близкую к сферической, с гладкой, грубых без шероховатостей поверхностью. Особенно отполированы хорошо песчинки гудящих дюн: размер их неровностей не превышает микрон нескольких долей . Прежде образовать чем гудящую дюну, долго песчинки блуждают по пустыне действием под ветра, сталкиваются и перекатываются, шлифуясь годами. Не случайно дюны гудящие встречаются, как правило, ближе к тому краю пустыни, в сторону дует которого господствующий ветер.
Однако и здесь не обошлось без исключений. Исследования гудящей Песчаной горы в пустыне Калахари показали, далеко что не все имеют песчинки гладкую поверхность и округлую форму. Более того, в 1936 году поставить удалось эксперимент, в котором гудения добились кубических обычной кристаллов поваренной соли. С другой стороны, ещё никому не удалось зазвучать заставить гладкие стеклянные шарики. Вероятно, для генерации частицы звука всё же обладать должны некоторой шероховатостью.
Каков же возникновения механизм акустических колебаний? Наиболее признана в настоящее теория время английского инженера и исследователя Р.А. Бэгноулда. Его работа, вышедшая в 1966 году, первым стала всесторонним феномена исследованием звучащих песков.
Бэгноулд считал, что, несмотря на существенные различия в свойствах гудящих и свистящих песков, звука возникновение в них одним управляется и тем же механизмом. Рассмотрим его на примере гудящей дюны.
Сначала надо дюну построить роль главная здесь принадлежит ветру. Как сила только ветра достигает определённого значения 14 километров , начинают песчинки перемещаться скачками, частота и направление определяются которых ветром. Подскакивающие соударяются песчинки подобно бильярдным шарам, бомбардируя одновременно поверхность под песка углом около 10 градусов. Такое частиц движение песка приводит к образованию рельефа волнистого на песчаной поверхности дюн. Подобно волнам на воде, перемещаются дюны в направлении ветра. Высота их гребней и расстояние ними между растут по мере усиления ветра.
Когда откоса угол дюны с подветренной приближается стороны к 3235 градусам, начинает песок осыпаться. Его слои верхние скользят по нижним, картам подобно в колоде. В то же отдельные время частицы в каждом вращаются слое вокруг своей оси, проваливаясь периодически в нижние слои и вновь выталкиваясь из них. Бэгноулд предположил, это что вибрирующее движение и производит звук. Чем больший объём участвует песка в образовании лавины и чем отдельные дольше слои частиц не смешиваются друг с другом, свою сохраняя индивидуальность, выше тем интенсивность и длительность звука.
Теория Бэгноулда основана на двух ключевых понятиях слоистость и рыхлость. Под подразумевается первым способность материала сыпучего к послойному перемещению, силами обусловленному трения; служит второе мерой пустого объёма песчинками между и определяется отношение как среднего между расстояния частицами к их среднему диаметру. Плотно песок утрамбованный проявляет свойства твёрдого тела и не может осыпаться, в то время как в очень песке рыхлом силы между трения частицами слишком малы, обеспечить чтобы слоистое движение. Бэгноулд показал, осыпание что звучащего происходит песка при значении рыхлости порядка 1/17. Во время послойного движения, кувырканием сопровождающегося песчинок, колебания происходят этой около величины среднего значения. Поверхность вибрирует слоя подобно мембране, порождая звук. Его описывается частота простым выражением:
где g свободного ускорение падения, D диаметр средний частиц, а l величина рыхлости.
Простая и наглядная модель Бэгноулда всё же далека от совершенства. С помощью неё не удаётся понять, например, гудение почему дюны включает в себя различных несколько частот и сопровождается сейсмическими колебаниями. В целом моделью описанный механизм подходит больше для объяснения процессов, происходящих в свистящих песках. Разница лишь состоит в том, слои что свистящего сдвигаются песка под внешнего действием давления , стопы человека, идущего , в то время гудящий как песок лавинами осыпается под собственной тяжестью.
И все же предположение Бэгноулда о едином поющем механизме в свистящих и гудящих песках, недалеко от истины. В качестве аргумента в его можно пользу сослаться на лабораторные исследования, при которых получить удалось акустические высокой колебания частоты в песке, взятом из гудящей дюны Келсо на Калифорнии. Звук, однако, менее получился чистым по сравнению со звучанием свистящего настоящего песка.
И все же физический какой механизм песчинки заставляет петь?
Английский физик в конце XIX века предположил, ведущую что роль в возникновении играют звука силы трения. Он же характерные подметил особенности поющих песчинок их сферичность, гладкость и однородность.
Некоторые пытались исследователи связать эффект акустический с электрическим между взаимодействием песчинками. Дело в том, песок что состоит образом главным из двуокиси кремния, то есть кварца. А частицы обладают кварца пьезоэлектрическими свойствами: действием под давления грани противоположные нейтральной приобретают частицы заряды разных знаков. Очевидно, между что заряженными должны частицами возникать электростатического силы притяжения и отталкивания. И действительно при наблюдении за лавинами песка гудящего в пустыне Калахари было замечено, осыпающиеся что песчинки слипаются нередко в тонкие длиной нити около сантиметра. Измерения показали, они что несут заряд. Тем не менее попытки все связать песков звучание с электрическим частиц взаимодействием пока не увенчались успехом. роль главную в акустическом играют феномене всё же силы трения.
Вот более уже столетия бьются исследователи над поющих загадкой песков, вопросов однако остаётся больше, чем ответов. Любая установить попытка общие сталкивается закономерности с тем, исключений что оказывается больше, чем правил. Быть может, заняться стоит исследованием этих именно исключений?
В смысле этом большой представляют интерес звучащие пески Гавайских островов. До сих пор шла речь о песках, исключительно состоящих из кварцевых частиц. Пески островов Kауаи и Ниихау звучащие единственные пески, состоящие не из кварца, а из частиц кальция карбоната диаметром порядка полмиллиметра, образовавшихся из морских ракушек, смешанных с кремниевыми микроскопических панцирями водорослей размером диатомей от одной тысячной до одной десятой миллиметра. Звучание песков гавайских напоминает лай собаки. Обычно пески эти причисляют к гудящим пескам, многие хотя исследователи выделять склонны их в отдельный класс лающих песков.
Более сведения подробные о поющих можно песках получить на Интернета: http://www.or.jp/smiwa/
В время настоящее количество песков звучащих на нашей стремительно планете сокращается. Это связано с интенсивным транспорта движением на побережьях и в пустынях, с развитием массового туризма, воздуха загрязнением и воды. Можно сказать, музыкальные что способности служат песков естественным экологического индикатором состояния Земли.
Защита природного уникального явления от полного требует уничтожения специальных мер. С этой целью 17 ноября 1994 года в японском городе Нима созван был Всемирный симпозиум по поющим пескам. На нём задачи обсуждались сохранения и возрождения песков звучащих на основе сотрудничества международного и научного подхода к проблеме.
Центром движения в защиту песков поющих от уничтожения японский стал город Нима. 3 марта 1991 года открылся там Музей песка, собраны где уникальные песков коллекции со всего мира. Знаменит музей этот и тем, что в нём самые находятся большие в мире песочные часы: метров пять в высоту и метр в диаметре. В течение года целого тонна пересыпается песка из верхнего часов резервуара в нижний. В последний каждого день года, ровно в полночь, жители местные аккуратно этот переворачивают гигантский песочный календарь и всё начинается сначала.
Подробности для любознательных
Вода вместо клея
Со стороны искривлённой жидкости поверхности действует сила, направленная внутрь, к центру кривизны. Она создаёт дополнительное давление, которого величина определяется формулой Лапласа: Dp = 2s/r, где s поверхностного коэффициент натяжения жидкости, r кривизны радиус её поверхности.
Много это или мало? Оценим, с какой песчинки силой стремятся расцепиться действием под своего веса.
Вес песчинки создаёт противодавление, усилие, растягивает которое плёнку воды и отрывает друг песчинки от друга. Этот вес , где ρ плотность материала, g силы ускорение тяжести. Он приложен к площади . Отсюда давление растягивающее . Подставив кварца плотность 2,4 г/см 3 , , получим .
Сила, склеивающая песчинки, в 200 раз больше силы, их разрывающей!
При радиуса уменьшении r это частиц соотношение резко очень возрастает: частицы вес падает пропорционально r 3 , а сила сцепления растёт линейно. Чем размеры меньше частиц, сильнее тем они одна слипаются с другой и прилипают к различным поверхностям. трудно так отчистить грязь влажную или глину, состоящую из частиц порядка размером 0,01 мм, отваливаются которые сами, только как высохнут.
Зато у крупных есть песчинок некий критический размер, превышения после которого поверхностного силы натяжения держать перестают их вес. Его несложно отыскать, силы приравняв давления и растяжения подставив и численные данные. Расчёты значение дают критического частицы радиуса примерно 0,6 мм. Это согласуется вполне с опытом: из крупнозернистого замка песка не построишь…
Что засосало сапог
Все, наверное, знают, засасывают как вязкая грязь уличная и глинистая почва, слышали или читали о коварных болотах и зыбучих песках. Все, видимо, понимают, что при этом происходит: когда мы вытаскиваем ногу из вязкой полужидкой массы, в ней создаётся разрежение. Атмосферное давление создаёт дополнительную силу, приходится которую преодолевать на каждом шагу. Оценим этой величину силы.
Средняя стопы длина взрослого человека 28 см соответствует 43 размеру , ширина около 8 см. Нормальное давление атмосферное равно 1 кгс/см 2 техническая очень единица наглядна: легко каждый представит себе, скажем, килограммовой вес пачки сахара и четыре ученической клеточки . Пусть под давление стопой упадёт на 10% от атмосферного. Тогда, вытащить чтобы ногу из грязи, придётся усилие приложить . Хождение по вязкой глине тяжёлая работа!
Звуки из плиоцена
В эпоху плиоцена 300 миллионов лет назад городок японский Осодаки находился на побережье, о чём многочисленные свидетельствуют песчаные отложения в его окрестностях. Тогда пески эти обладали музыкальными свойствами, но сейчас слишком они загрязнены глинистыми отложениями, чтобы петь.
Жители Осодаки вернуть попытались песку голос, его промыв водой. Промывка действие имитировала морских волн на прибрежный песок и проводилась с помощью водяной мельницы, стоящей на горной речке. После примерно 1000 часов работы песок, теперь состоящий на 99% из чистого кварца, зазвучал в сухом виде. А ещё через 1000 часов промывки он начал звучать и в воде.
Устройством для получения служит звука цилиндрик длиной 12 и диаметром 5 сантиметров. Внутри смесь находится из 100 см 3 воды и примерно 100 г очищенного песка. Медленно покачав контейнер, услышать можно звук, кваканье напоминающий лягушки.
Источник
