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横に振る、縦に振る 

粉粒体…。その字の如く、粉や粒の集まりだ。
これらは特徴的な性質を持っている。

粉や粒はもちろん固体なのだが、動くと液体のような振舞いをする。

液状化も似ている。
何事もない時は、家などもしっかり建っているようにみえるが、地震が起こると地下の砂がまさに液状化することで重たいものは沈み、軽いもの(例えば下水管)は浮いてくる。揺れが止まるとしっかりした地面になる。

雪崩もそうだ。
雪はフカフカしていると言っても歩くことは可能だ。しかし雪崩で全体が動きだすと身体は沈んでいく。沈んだまま雪崩が止まると雪の重みで生き埋めになってしまう。だから雪崩中に上に向かって泳ぎ続けることが助かる可能性を広げる(実際は余裕がないだろうなぁ)。
120227_01.jpg
そんな粉粒体の不思議を実験してみたい。

容器の半分くらいに砂を入れる。中には同じ大きさ(これは直径1cm)の真鍮球とスーパーボールが入っている。手に持たなくてもわかるだろうが、真鍮球の方が重たい。
120227_02.jpg
まずは横に倒して小刻みに横に振る。
すると真鍮球は沈んでいき、スーパーボールは浮いてくる。
この辺、振り方を変えてもおもしろいな。

振らない状態では粉粒体は固体の性質を持ってどちらの球も砂の上に乗っかっているが、揺れが発生すると液体の性質に変わり砂の密度より軽いものは浮き、逆に重いものは沈んでいく。



では、容器を縦にして小刻みに縦揺れにするとどうだろうか。
言うのは簡単だが実際に振ろうとすると結構大変。まっすぐ縦に振りにくいのだ。

とにかく練習しコツを掴んでいざ実験。

するとどちらの球も浮いてくる。どちらかというと重い真鍮球の方が浮いてきやすい気がする。
実際は球がどの辺にもぐっているのかというのも問題だろうが…。

しかし重い真鍮球が浮いてくるのはどうしてなのだろう。液体の性質ではなかったか。
なぜ横に振った時と結果が違うのだろう。

実は重さには関係なく、大きさに関係があるらしい。
大きいもの(この場合は球)は浮いてきて、小さいもの(この場合は砂)は沈んでいく。

七味を振る時にをあの黒いカリッとする黒い粒がなかなか出てこない気がする。振れば振るほど実は上に(底の方に)向かっているのではなかろうか。

この現象はブラジルナッツ効果と呼ばれている。わかりやすいところでミックスナッツなどいろんな大きさの実を振ると大きい実が上になることに誰かが気付いたわけだ。

“はやぶさ”が訪れたイトカワ。あの小惑星は砂の部分と岩の部分に分かれていたのだが、これはイトカワが振動する度にブラジルナッツ効果で砂と岩に分かれていったと考えられた。

以外に身近な現象から天体の挙動がわかるなんておもしろい。

振動を与えると大きさの違いで粉粒体は分かれることはわかったが、どうやって分かれるのかという説明は実ははっきりとしていない。身近な問題が科学的にしっかり解明できていないのもおもしろいね。

これらの実験は米や塩、砂糖(グラニュー糖)などでもできる。
自由研究でやるなら塩と小豆なんかでもいいかもね。


参考

アストロアーツ:小惑星イトカワに地滑り地形
http://www.astroarts.co.jp/news/2007/04/24itokawa/index-j.shtml

hirax.net:日本食で確かめる「ブラジル・ナッツ現象」Part.1
http://www.hirax.net/dekirukana10/japanBrazilNuts/index.html

hirax.net:日本食で確かめる「ブラジル・ナッツ現象」Part.2
http://www.hirax.net/dekirukana10/japanBrazilNuts2/index.html

wikipedia:ブラジルナッツ効果


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