科學家發現 你不一定知道的現實 固體能像液體一樣流動

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在大多數人的印象中，固體跟液體有很大的不同，它們不能像液體一樣流動。然而，最新的一項研究發現，只要滿足所需要的條件，乾燥的沙粒可以像液體一樣流動。當容器中質量較重的顆粒放置在較輕的顆粒上時，較輕的顆粒可以像熔岩燈中的斑點一樣向上「燃燒」（移動）。

熔岩燈

熔岩燈，也有人稱為水母燈，是在玻璃瓶內呈現熔岩流動一樣的效果。其實它是利用熱能原理製造出的光影移動變幻效果，外形十分酷炫。熔岩燈最早是由英國工程師克雷文·渥克所發明，在密封的玻璃瓶裝有透明的蠟及液體，然後在底部加熱，就能創造出繽紛色彩的效果。熔岩燈流行半世紀後依然魅力不減，到現在為止，全球至少賣出超過1000萬盞。

在此之前，科學家們已經知道濕的固體顆粒可以像液體一樣起作用。但很少有人知道，如何在沒有水的情況下創造出可以流動的固體顆粒狀材料。實際上，這次的研究就很好的展示了乾燥的沙粒是如何像液體一樣流動的。

了解這種流動可以幫助科學家更好地了解和解釋類似泥石流或火山爆發時的岩漿流等類似的現象，該研究還可以幫助製造出顆粒均勻的混合物，在藥物製造，化學品加工和食品加工等行業應用廣泛。例如，不同尺寸和密度的乾燥顆粒傾向於彼此移動，這導致它們被分離 或「分裂」。

混合

克里斯托弗·麥克拉倫是瑞士蘇黎世聯邦理工學院的機械工程師。他的研究團隊在密閉的玻璃容器放置了兩種圓形顆粒，一層厚重的顆粒覆蓋在一層較輕的顆粒上面。為了讓顆粒發生移動，研究人員震動了玻璃容器並向上送入氣體。

結果就跟在熔岩燈中看到的情況一樣，玻璃容器中的顆粒產生了相互流動。氣泡和指狀的較輕顆粒慢慢的上升到頂部，同時較重顆粒慢慢的沉向底部。

在熔岩燈中看到的圖案是由較輕的液體進入高密度的液體而形成的，這是被物理學家稱之為瑞利-泰勒不穩定性的結果。新的研究首次證明乾燥顆粒也可以模擬這種不穩定性，這一點似乎出乎意料，對於固體顆粒來說，它們應該完全混合在一起，但事實上卻沒有。研究人員意識到，液體和固體顆粒的不同表現意味著兩個完全不同的物理機制領域。

研究團隊使用計算機模型來模擬固體顆粒物的混合過程。結果表明，氣流和振動控制著顆粒的運動方式。密閉腔室內的氣體在不同尺寸和密度的顆粒之間流動方式不同，這就產生了向上的阻力。這種阻力使較輕的顆粒聚集在一起，同時也阻止了團塊與較重顆粒混合，這有點像油和水混合在一起的狀態。

當研究團隊改變氣流速度或振動強度時，這些固體顆粒會形成更大的手指狀或更大的斑點狀。這表明氣體和振動對固體顆粒模擬流體不穩定性模式至關重要。

改變模式

當研究人員將一團較重顆粒放置在一層較輕的顆粒中時，出現了另一種不同的模式。固體顆粒的表現更像是可以混合的液體，例如在水中滴入一滴紅色染料。

較重的顆粒分裂成兩個斑點，它以一定的角度穿過較輕的顆粒層。這些斑點以分裂模式一次又一次地分裂。這種模式也是由於氣體向上流過固體顆粒而產生的。

研究人員表示，過去的研究表明，在振動的方式下不同尺寸的顆粒可以以類似流體的方式相互移動。這些動作是由於在振動的過程中小顆粒在較大顆粒之間滑落造成的，較重的顆粒最終會出現在頂部。在物理學中，這種現象被稱為巴西堅果效應，因為巴西堅果在經過搖晃以後總是出現在一堆雜亂堅果的最上層。

總結：固體顆粒可以像液體一樣流動。在振動和氣體的作用下，較輕的顆粒會上升，較重的顆粒會沉向底部。改變振動和氣體條件時，較輕的顆粒可以向下滑落，較重的顆粒會上升至頂部。增加氣體流量的情況下，實驗結果與正常流體的行為更為相似。

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