Untuk banyak bidang ilmu pengetahuan, dari prediksi tanah longsor hingga pertanian, sangat penting untuk memahami fisika aliran partikel. Sejauh ini, para ilmuwan tidak pandai dalam hal ini.
Apa pasir paling lembut di dunia? Mengapa beberapa jenis pasir lebih lembut dari yang lain?
- tanya Peter S. dari Brooklyn
Kami tidak tahu. Tidak ada yang mengerti bagaimana pasir bekerja.
Kedengarannya tidak masuk akal, tetapi pada prinsipnya memang demikian. Memahami aliran material granular seperti pasir adalah salah satu masalah utama yang belum terpecahkan dalam fisika.
Katakanlah Anda memutuskan untuk membuat jam pasir dan mengisinya dengan butiran pasir, yang ukuran dan bentuknya diketahui. Anda tidak akan menemukan rumus yang dapat secara akurat memprediksi berapa lama pasir akan mengalir dari satu bagian jam ke bagian lain, atau apakah pasir akan mengalir sama sekali. Anda hanya perlu bereksperimen.
Karen Daniels, fisikawan di North Carolina State University; dia mempelajari pasir dan media granular lainnya (area ini disebut " fisika materi lunak "). Dia mengatakan kepada saya bahwa salah satu kesulitan bekerja dengan pasir terkait dengan banyaknya sifat butiran pasir - bentuk, ukuran, kekasaran, dll. "Salah satu alasan kami tidak memiliki teori umum adalah karena semua sifat ini penting."
Namun, menangani butir pasir individu hanyalah permulaan. “Anda harus khawatir tidak hanya tentang sifat-sifat partikel, tetapi juga tentang bagaimana mereka diatur,” kata Daniels. Partikel yang terbaring bebas tampak lembut karena memiliki ruang untuk bermanuver. Jika partikel-partikel itu padat, mereka tidak lagi memiliki ruang untuk bergerak, dan mereka akan terasa padat saat disentuh. Oleh karena itu, permukaan pantai berpasir tampak lebih lembut dibandingkan dengan lapisan bawah - butiran pasir di dalamnya terkompresi, dan lebih dekat satu sama lain.
Kami tidak dapat menemukan teori umum tentang pasir, bukan karena kami berusaha keras. Untuk banyak bidang ilmu pengetahuan, dari prediksi tanah longsor hingga pertanian, sangat penting untuk memahami fisika aliran partikel. Kami hanya belum melakukannya dengan baik.
“Orang yang bekerja di pabrik kimia dengan mesin yang menangani partikel akan membuktikan bahwa mesin ini sangat sering rusak,” kata Daniels. - Siapa pun yang telah mencoba memperbaiki penggiling kopi otomatis tahu bahwa partikel terus-menerus terjebak di dalamnya. Hal-hal ini tidak bekerja dengan baik. "
Untungnya, kita tidak bergerak hanya dengan sentuhan, dan kita dapat mengatakan sesuatu tentang mengapa pasir tampak lebih lembut atau keras.
Biasanya, pasir dengan butiran membulat akan tampak lebih lembut karena butirannya lebih mudah meluncur. Selain itu, butiran yang lebih kecil tidak terlalu menekan kulit. Tetapi jika sangat kecil, mereka akan saling menempel karena kelembapan, yang akan membuat bahannya tampak menggumpal dan padat.
Daniel mengatakan bahan mengalir bebas terlembut yang pernah disentuhnya adalah Q-Cell, bubuk kuarsa yang mengisi celah di papan selancar. Ini terdiri dari butiran berongga, sehingga terlihat sangat ringan. Dalam hal ini, kuarsa dibasahi dengan buruk, itulah sebabnya bubuk seperti itu tidak hancur. Dia membandingkan cara bubuk ini dituangkan dalam ember dengan pasir pantai yang sangat halus dan kering.
Pantai yang terbuat dari pasir Q-Cell akan sangat lembut, tetapi tidak terlalu menyenangkan. Bubuk kering halus bukanlah pasir, tapi debu, dan menghirup debu semacam itu sangat berbahaya bagi paru-paru. Ukuran dan bentuk butiran pasir di pantai yang ideal harus memadukan kelembutan, kehalusan, kekenyalan, dan banyak sifat lain yang membuat pasir lembut dan nyaman untuk dilalui. Dengan begitu banyak faktor yang harus dipertimbangkan, sangat sulit untuk mengatakan seperti apa pasir lembut yang ideal untuk sebuah pantai.
Lebih banyak data eksperimental perlu dikumpulkan.
