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ブラジルナッツ効果
編集者注：ブラジルナッツ効果に関するこの記事は、リトル・リバーのアーティスト・メカニックであるスティーブ・グリマーによって書かれました。.
先週の計画会議で、ブラジルナッツ効果とは、大きな粒子が混合物を揺すったりかき乱したりしたときにトップに浮き上がる傾向がある現象であると、同僚に思い出させられなければならなかった。.
典型的な例はもちろんミックスナッツの缶です。缶を開ければ、一番上にブラジルナッツが数個あるのがほぼ確実です。私はブラジルナッツが好きなので、これは自分にとって良い効果です。子供の頃、母が1950年代に少女だった頃、彼女のきょうだいたちはそれらを「トロールの足の指」と呼んでいたと教えてくれたので、その点については意見が分かれる余地があると思います。「スナック菓子の物理学」というテーマに沿って言うと、これはトレイルミックスを食べ進めて底に達したときに、ヒマワリの種と塩だけが残る理由も説明しています。ここでは、素晴らしいブログ「FY! Fluid Dynamics」、別名FYFDのニコール・シャープによる、楽しくてタメになるビデオをご紹介します。
リトル・リバーでは、メンフィスおよびカーボンデールのサイズ別色分けメディアをお客様に発送する際、通常、非常細かい黒と赤のフラクションを、粗い黄と白のメディアとは別のビニール袋に入れています。黒と赤の粒子は混合物全体の割合としては小さいため、全体が均一に分散している状態では見えにくく、一見すると入れ忘れたかのように見えてしまいます。赤と黒をそのまま配送用バケツ内の粗い粒子のの上に注いだ場合、輸送中のトラックの振動だけで、粗い粒子が上部に押し上げられて微粉を覆い隠してしまうのに十分なのです！
野外では、ほとんどの岩がちな、あるいは砂利の多い流れの中でも、同様の効果が見られます。川底は常に大きな石や玉石で覆われている一方で、細かい堆積物は水流の届かない下へと沈み込みます。これは水路を安定させ、浸食を遅らせるメカニズムの一つであり、河床アーモリングとして知られています。これは長年認識されており、粒状体の挙動というよりも流体力学の産物として一般的に理解されてきました。つまり、小さな粒子は、より大きな粒子の隙間に挟まって水流から守られる場所を見つけるまで転がり続けます。水流が強まる時期には、大きな粒子が小さな堆積物の上に覆いかぶさるように転がり、川底が選別されるのです。私たちは、こうした現象を自分たちの Emriver ストリームテーブル 当社のモデル砂利は、本質的に安定したシステムではなく、侵食や土砂移動を模倣するために特別にサイズ調整されているためです。非常に安定した流れのモデルでは、あまり面白くないでしょう？
ペンシルベニア大学の地球科学教授ダグラス・J・ジェロマックとその同僚らが発見したように、他にも働いている力がある。しかし、 紙 雑誌に掲載された 自然 2015年に、彼らは、浮遊砂および掃流砂としての土砂輸送に加え、水文相互作用ゾーンの下方で粒子の極めて緩慢なクリープ（移動）が生じていることを示した。これは、河床上の移動する粒子からのせん断力が、数層下方の微細粒子と相互作用した結果である。この発見は、前回の洪水以降、河床を支える基質が構造的に再編成され下流へと移動しているため、様々な水文現象における粒子侵食の開始時期や量の予測に影響を及ぼす。しかし、それはアーモリング（装甲化）の問題には完全には迫っていない。.
これに続く研究で、ジェロマックとそのチームは同じ装置である円形水路を使用し、河床基質内のより大きな粒子の垂直移動を示した。この水路は直径約36cm、水路幅2.5cmの透明なプラスチック製トロイドである。粒状媒体は直径1.5mmから3mmの透明なプラスチックビーズで構成され、使用される流体は軽油である。水路の蓋は回転し、システム内に流れを起こすためのパドルが取り付けられており、シートレーザーで照明された水路内の粒子の写真をカメラが撮影する。.
ジェロルマックと彼のチームは 紙 その雑誌に 自然 2017年の研究は、前述の水平方向のサブベッド輸送だけでなく、粒子の垂直方向の分級も実証しており、時間の経過とともに大きな粒子がベッドの表面へと上昇する。研究チームは、この効果を、活発なレベルの掃流砂および浮遊砂輸送と、非常に低いレベルの両方で記録した。この発見は、粒状体の物理学についての我々の理解が、表面の粒子に作用する水文学的力とともに、移動する河床にも当てはまることを示している。この研究は、斜面の土壌に粗い粒子が上部に集まる傾向がある理由の説明から、土砂崩れや雪崩の予測支援に至るまで、河川地形学以外の分野でも幅広い応用可能性を持っている。.
それでは、リトル・リバー・リサーチ・アンド・デザイン社で試みる実験がいくつかあります。私たちの Emflume1, 、色彩分けした媒体に粗い粒度を加えてタイムラプス動画を撮影し、地下層における水平または垂直方向の移動を追跡できるかどうかを確認します。また、プラスチック製のリップラップ（栗石）を媒体に追加して、同様の効果を観察することもできます。.
私たちの Em3 流し台, モデルの全長にわたってポリカーボネート製の壁を挿入し、それを窓として使って、壁の反対側を流れる流体と同じ粒子の動きを観察したいと考えています。どちらの場合も、粒子とポリカーボネートの壁の間の摩擦が影響を与える可能性があり、チャネルの中央を撮影するためのシートレーザーもありません。.
最後に、現地での河床のアーマリングに一層注意を払い、小川や川をそれほど魅力的にしているプロセスについて考えていきたいと思います！
