Wiedza i Życie 11/2009
W numerze m.in.:

Podbój lądów przez kręgowce
Kto mi dał nogi?; Marcin Machalski
Antropogeneza
Mniej zwierzęcia to więcej człowieka; Marcin Ryszkiewicz
Ewolucja bakterii
Śladami Darwina w mikroświecie; Magdalena Kawalec
Kreacjonizm
Więcej niż hipoteza; Krzysztof Szymborski
Glacjologia
Ołowiana epoka; Andrzej Hołdys
Społeczeństwo
Państwo to ja; Magdalena Nowicka
Kognitywistyka
Triki zamiast prawdy; rozmowa z profesorem Donaldem D. Hoffmanem

Dzieje naszej cywilizacji - od starożytności po czasy współczesne - można prześledzić dzięki ołowiowi uwięzionemu w grenlandzkim lodzie.
Od XI do XIV wieku Santiago de Compostela było obok Jerozolimy i Rzymu najważniejszym ośrodkiem pątniczym. Sieć szlaków wiodących do grobu św. Jakuba Apostoła, budowane przy nich kościoły i klasztory, schroniska, zajazdy i hospicja, kantory, targi i osady...
Według wierzeń amerykańskich Komanczów, zamieszkujących niegdyś prerie dzisiejszego Teksasu, "pewnego dnia Wielki Duch zebrał garstki pyłu niesionego przez wiatr z czterech stron świata i stworzył z nich ludzi...
Czy o naszym człowieczeństwie decydują geny, które zyskaliśmy w procesie ewolucji, czy wprost przeciwnie - te, których się pozbyliśmy?
Aktualne numery
12/2017
11/2017
Kalendarium
Grudzień
13

W 1962 r. NASA wystrzeliła pierwszego satelitę telekomunikacyjnego Relay 1.
Warto przeczytać
Grafika komputerowa zazwyczaj kojarzy się z wyretuszowanymi zdjęciami modeli i modelek. W rzeczywistości daje nam o wiele większe możliwości.
Piksele, wektory i inne stwory to wprowadzenie do grafiki komputerowej dla dzieci i nie tylko.

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Tomasz Rożek | dodano: 2012-05-28
Piasek leci w kosmos

Każdy plażowicz wie, że żeby wybudować zamek trzeba do piasku dodać troszkę wody. Ani za dużo ani za mało, bo inaczej, albo cała konstrukcja się rozpłynie, albo rozsypie. Dlaczego tak się dzieje? Wbrew pozorom to nie tylko kwestia ilości wody. W końcu piasek na samym brzegu plaży jest cały czas obmywany wodą a jest twardy jak kamień. Może to kwestia samego piasku ? Nie tylko jego, choć kształt i wielkość ziarenek mogą mieć duże znaczenie. Także zmiany ciśnienia mogą mieć wpływ na moment w którym piasek zaczyna "płynąć".

Dlaczego sypka substancja zachowuje się czasem jak płyn, czasem jak gęsta maź, czasem jak ciało stałe a czasem... zupełnie nieprzewidywalnie? To jest właśnie pytanie na które próbują odpowiedzieć fizycy. I bynajmniej nie chodzi o to, żeby ułatwić plażowiczom budowanie zamków z piasku. Od odpowiedzi może w przyszłości zależeć życie kosmonautów zdobywających Marsa a już dzisiaj ludzi mieszkających na aktywnych sejsmicznie terenach czy chorych zażywających duże ilości lekarstw.

Gdy w 1989 roku San Francisco nawiedziło silne trzęsienie Ziemi, naukowcom po raz kolejny natura przypomniała jak niewiele wiedzą na jej temat. Domy które były budowane na twardym, choć lekko wilgotnym gruncie zapadały się po trzecie piętro, tak jak gdyby ktoś zbudował je na... ruchomych piaskach. Niektóre budynki osiadały tak równomiernie, że praktycznie nie były widoczne żadne większe pęknięcia ich konstrukcji. Po prostu wysoka kamienica w jednej chwili stawała się parterowym bungalowem.

Podobne zjawisko zauważono już wcześniej w czasie trzęsień ziemi w 1971 roku w San Fernando Valley czy w 1964 roku w Niigata w Japonii. Zawsze było podobnie. Domy były budowane na lekko wilgotnym podłożu, a czynnikiem który powodował że zamieniało się ono w płynną maź były wibracje powstające w czasie trzęsienia ziemi. Co ciekawe nie zawsze tak się działo tam gdzie występowało wilgotne podłoże i pojawiały się wstrząsy. Zanim zabrano się za wyjaśnienia tego fenomenu postanowiono zrozumieć dlaczego budowane na plaży zamki z wilgotnego piasku nie rozsypują się tak jak te z piasku suchego. Po licznych doświadczeniach okazało się, że ma to ścisły związek z napięciem powierzchniowym.

Wilgotne ziarna piasku kleją się do siebie, bo woda tworzy swego rodzaju "mostki" czy połączenia. Napięcie powierzchniowe, podobnie jak w przypadku dwóch gładkich powierzchni (np. szyb) "sklejonych" przez kilka kropel wody. Tak jest tylko przez chwilę. Napięcie powierzchniowe działa najefektywniej na małych odległościach. Dlatego, gdy wody pomiędzy ziarenkami jest zbyt dużo, przestaje ono odgrywać taką role i piasek zachowuje się jak płyn. Gdy weźmie się do ręki garść takiego "przemoczonego" piasku, przepłynie pomiędzy palcami.

Czy można określić ilość wody którą trzeba dodać do suchego piasku, żeby powstał idealny budulec zamków? Czy można dokładnie określić kiedy lepki pasek zacznie "płynąć" ? Niestety nie. Naukowcy rozumieją ogólne podstawy tego zjawiska, ale do wyjaśnienia szczegółów jeszcze daleka droga. Problem jest zbyt skomplikowany nie tylko z powodu dużej ilości czynników które wpływają na zachowanie się materiałów sypkich, ale przede wszystkim dlatego, że każde ziarenko trzeba traktować indywidualnie. Bo każde jest nieco inne.

I tak np. ziarenka czarnego piasku z plaż na Hawajach, które mają podobną wielkość, ale bardzo zróżnicowany kształt, mają zupełnie inne właściwości, niż np. biały piasek z Wysp Bahama. Ziarenka tego drugiego mają różną wielkość, ale bardzo podobny, pozbawiony ostrych krawędzie, kształt. Piasek z Hawajów powstał gdy gorąca magma dostała się do morza, z kolei ten z Bahamów to twardy jak porcelana tzw. wapień oolitowy. Doświadczenie w budowaniu czarnych zamków na plażach Hawajów może być zupełnie bezużyteczne w czasie urlopu na Bahamach.

Ilość wody potrzebna do uzyskania budulca o "klejącej" się konsystencji w obydwu przypadkach może być różna. A właściwości materiałów sypkich zależą właśnie od ilość wody czy powietrza uwięzionej pomiędzy poszczególnymi granulkami. Sprawa jest jeszcze bardziej skomplikowana, gdy weźmie się pod uwagę mieszaninę granulek o różnej wielkości, twardości i chropowatości.

Co zamki na plaży mają jednak wspólnego z trzęsieniem ziemi w czasie którego domy toną pod swoim ciężarem? Fizycy mają nadzieję że zrozumienie mechanizmów powodują "płynięcie" piasku na plaży pozwoli również zrozumieć jak na ten efekt wpływają drgania czyli okresowe i bardzo gwałtowne zmiany ciśnienia. Okazuje się, że w czasie trzęsienia ziemi sprężanie i rozprężanie nasączonej wilgocią gleby jest tak szybkie, że woda znajdująca się pomiędzy jej ziarenkami nie zdąży spomiędzy nich uciec.

W ten sposób gwałtownie wzrasta ciśnienie wody w przestrzeniach "międzyziarenkowych", a równocześnie spada ciśnienie jakie wywierają na siebie stykające się ze sobą grudki podłoża. Teraz cały ciężar budynku nie jest już oparty na piasku ale na... słupie wody. Gdy tylko ciśnienie wywierane przez budynek jest większe od ciśnienia panującego w przestrzeniach pomiędzy grudkami podłoże zaczyna się dosłownie rozpływać.