ทรายเปียกไหลได้ดีกว่าทรายแห้ง

เด็กทุกคนรู้ดีว่าถ้าต้องการจะสร้างปราสาททรายนั้น วิธีที่ดีที่สุดคือใช้ทรายที่เปียกเพราะมันจะเกาะตัวได้ดี ในขณะที่ปราสาทที่ทำจากทรายที่แห้งจะพังทลายเนื่องจากนํ้าหนักของมันเอง อย่างไรก็ตามนักฟิสิกส์ในประเทศเยอรมันได้พบข้อหักล้างในกฎนั้น พวกเขาพบว่าในบางสถานการณ์ทรายที่เปียกจะไหลได้ดีกว่าทรายที่แห้ง

Christian Wagner และผู้ร่วมงานที่ University of Saarland ได้พบข้อสรุปที่น่าประหลาดใจหลังจากทำการวัดแรงที่จำเป็นในการผลักทรายให้เคลื่อนที่ผ่านท่อทรงกระบอก (arXiv:0711.2972v1) ในการวัดนี้ได้ใช้ "ทราย" ที่เป็นส่วนผสมที่เปียกน้ำของเม็ดแก้วเล็กๆที่มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 145 ไมครอน ซึ่งมีขนาดพอ ๆ กับเม็ดทราย นักวิจัยพบว่าพลังงานที่ใช้ในการดันทรายที่เปียกนั้นต้องการน้อยกว่าทรายที่แห้ง

โดยปกติทรายแห้งจะไหลได้อย่างอิสระเนื่องจากอากาศระหว่างเม็ดทรายนั้นจะลดแรงเสียดทานระหว่างเม็ดทรายลง แต่ถ้าทรายนั้นถูกอัดอยู่ในท่อ ช่องว่างจะน้อยลงทำให้ไม่ค่อยมีอากาศช่วยหล่อลื่นในการไหล ผลก็คือ แรงเสียดทานทำให้ทรายที่แห้งนั้นไม่สามารถเคลื่อนที่ได้

ถ้าทรายนั้นเปียกนํ้าจะประพฤติตัวเหมือนกาว ทำให้เม็ดทรายนั้นเกาะตัวกันเหมือนในปราสาททราย แต่ถ้ามีแรงที่มากพอมากระทำ แรงที่ยึดระหว่างเม็ดทรายนั้นจะสลายไปและนํ้าจะประพฤติตัวเหมือนสารหล่อลืนทำให้ทรายนั้นไหลได้ง่ายขึ้น ทีมวิจัยสามารถสังเกตพฤติกรรมนี้ได้โดยการวัดการเคลื่อนของทราย ขณะให้แรงที่เพิ่มขึ้นในการดันทรายให้ไหล

Wagner กล่าวว่า "ทรายที่เปียกนั้นเป็นตัวอย่างของของไหลประเภท "yield stress" ซึ่งเหมือนกับยาสีฟัน มันจะเริ่มไหลเมื่อมีแรงที่มากระทำมากพอ" เขาเชื่อว่าการศึกษาของพวกเขาจะช่วยเพิ่มความเข้าใจกระบวนการในอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของสสารที่ประกอบด้วยเม็ดเล็กๆ

ถึงแม้ว่าทรายเปียกที่ใช้ในการทดลองจะประกอบด้วยน้ำเพียง 3% โดยปริมาตร ซึ่งเปียกน้อยกว่าทรายบนชายหาด แต่ Wagner เชื่อว่าทรายที่ใช้ในการสร้างปราสาททรายนั้นประพฤติตัวเป็นของไหล yield stress เช่นเดียวกัน

http://physicsworld.com/cws/article/news/32066