Den optimala mixen för sandslott

Ingen skulle få för sig att bygga ett sandslott av helt torr sand – även en tvååring vet att det går inte att få det att hålla. Fuktig sand ska det vara. Nu har forskare visat att den optimala blandningen, för maximal stabilitet, är en del vatten till åtta delar sand.

Sand beter sig varken som ett fast ämne eller en vätska. Den kan, i torrt tillstånd, hällas på ett vätskeliknande sätt men man kan också lägger tunga föremål på dess yta utan att de sjunker. Dessutom ändras sandens egenskaper när den blir blöt, genom att vätskan bildar broar mellan kontaktpunkterna på kornen. Upp till en viss gräns blir sanden mer stabil, sedan blir blandningen mer som en trögflytande vätska (med intressanta egenskaper, se förra posten om kvicksand). Den optimala mixen för stabilitet har nu visats vara ungefär en del vatten och åtta delar sand. Bra att veta för alla som gillar att bygga sandslott och sandstatyer.

Bakom studien ligger en forskargrupp från MIT, ledd av Sarah Nowak. De har blandat små glaskorn och olja och låtit blandningen rotera i en trumma för att mäta vid vilken vinkel högen som bildas kollapsar. De har också räknat på problemet. Resultatet: en modell utan friktion. Det betyder naturligtvis inte att det inte finns friktion, utan snarare att vätskans påverkan på kornen är betydligt viktigare än friktionens påverkan. Resultatet publiceras i senaste numret av Nature Physics.

Länkar

Telegraph
artikeln (Nature Physics, pren. krävs)
kommentar till artikeln (Nature Physics, pren. krävs)

Det är en myt att man sugs ner i kvicksand

Att man sugs ner i kvicksand är en myt, enligt en nederländsk forskargrupp. En artikel om studien, som undersöker kvicksandens egenskaper och framför allt hur den beter sig under påverkan från rörelser, publicerades i går i Nature. Men Natureartikeln var nog inte egentligen först med att undersöka fenomenet: det har tidigare undersökts i programmet MythBusters (som går på TV-kanalen Discovery). Och de gjorde sitt försök med riktiga människor…

Vad är kvicksand?
Kvicksand består (enligt artikeln) av finkornig sand, lera och vatten. I ett prov från en saltsjö i Irak bestod ungefär 50% av vikten av vatten, runt 7% bestod av lera och resten av sand med en kornstorlek mellan 50 och 200 mikrometer i diameter. Den kvicksand som gruppen tillverkade i laboratoriet hade en liknande sammansättning: 90 vikt% (fuktig) sand, 10 vikt% bentonitlera i saltvatten; total vattenmängd 50 vikt%. Sammansättningen är väldigt känslig för små ändringar i belastning.

Kvicksandens egenskaper
I orört tillstånd ökar kvicksandens viskositet (seghet eller trögrörlighet) sakta med tiden. När kvicksand belastas – till exempel när man kliver på den eller skakar den – kan den temporärt bli betydligt mer flytande. Större påfrestning innebär att kvicksanden blir mer flytande. Trögheten ökar dock snabbt igen efter den initiala påfrestningen. Det är det här som gör att man fastnar, och fastnar ordentligt: när sanden satt sig igen är ansträngningen som krävs för att dra ur sin fot (det vill säga, sätta fart på vatnet i kvicksanden så att det blir tillräckligt flytande) lika stor som den ansträngning som krävs för att lyfta en medelstor bil.

Man kan inte sugas ner i kvicksand
Däremot är det omöjligt att sugas ner i kvicksand på det sätt man kan se i filmer. Kvicksanden har betydligt större densitet än en människokropp. Forskarna testade med små aluminiumklot som fick ligga på kvicksanden medan den skakades. Oavsett hur mycket de skakade fick de dock inte kulorna, som har större densitet än kvicksanden (2.7 gram per kubikcentimeter jämfört med cirka 2 gram per kubikcentimeter), att sjunka helt. Människor har lägre densitet än kvicksand, så att de skulle sjunka helt är ännu mer osannolikt, konstaterar forskarna. De flesta, åtminstone icke-akademiker, känner sig nog kanske mer övertygade av MythBusters test där de hade en gigantisk tank med “kvicksand” (noga testad sand-och-vattenblandning med finkornig sand och vanligt vatten, ingen lera). Det visade sig att ingen av försökspersonerna sjönk i den, trots ivriga ansträngningar.

Länkar
Nature News
Sammanfattning av artikeln (Nature)
Artikeln (Nature, prenumeration krävs)
Transkription av MythBusters-programmet (från fanclub-hemsidan)