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    流れる砂と流れない砂 「粒子摩擦解明へ研究盛ん」  基礎物理学研究所 早川尚男教授

     砂のような目に見える大きな粒子の集団は「粉体ふんたい」と呼ばれ、分子の集まりである気体や液体などと異なった性質を持つ。その粉体が斜面などを流れやすいかどうかを基礎物理学の観点で研究することは、土砂崩れなどの現象を考える際の重要なテーマとなり得る。

     砂粒は複雑な形をしているが、これをそのまま物理で扱うのは難しい。そのため、粉体を理論的に考える際には球形の粒子として扱うことが多い。

    • 早川尚男・基礎物理学研究所教授
      早川尚男・基礎物理学研究所教授

     粉体が流れやすいかどうかの一番重要な指標は、粒子の密度だ。粉体の密度がある値を超えると流れなくなる。これは、粒子を車に例えて考えた場合、走行中の車の密度が濃くなると渋滞して動かなくなるのと同様の現象だ。また、流れに対する抵抗力を表す粒子の粘り気(粘性率)も、密度が濃くなると急激に増加することが知られている。

     球形でツルツルした粒子の粉体については、流れやすいかどうかを物理学として理論的に扱えるようになりつつある。一方、現実世界では粒子間に働く摩擦や粒子の隙間を流れる水、粒子に直接働く重力などの効果が働いているが、それを理論的に扱うことには成功しておらず、まだ目標からは遠いのが課題だ。

     通常、粉体をかき混ぜると粘性率は下がると考えられるが、かき混ぜる速度が早くなるほど粘性率も高まって、逆に動きにくくなるという現象もある。これは「シアシックニング」と呼ばれ、粒子間の摩擦が関係していると考えられる。

     こうした現象は現在盛んに研究されており、そのメカニズムが完全に理解される日も近いだろう。

     □はやかわ・ひさお□ 1986年、京都大理学部卒業。91年、九州大博士課程を修了後、東北大助手、京大助教授などを経て、2006年7月から現職。

    2015年08月24日 Copyright © The Yomiuri Shimbun
    大阪本社社会部から
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