Kérdés: Miért tartja meg a nedves homok a vár alakú vödröm alakját, és a száraz homok miért omlik össze?
 
Thomas Lewis (7 éves)
Brisbane, Queensland
 


1. válasz: Két dologgal kell tisztában lennünk, hogy válaszolni tudjak: a súrlódással és a felületi feszültséggel. Ha egy kis fakockát az asztalra teszünk, könnyen csúsztathatjuk ide-oda, de ha a fára nehéz súlyt helyezünk, csak sokkal nagyobb erõvel mozgathatjuk a kockát. Ez a súrlódás egyik egyszerû példája. Minél nagyobb erõ nyomja a fát az asztalhoz, annál nagyobb erõvel tudjuk csúsztatni.

A homok sok kis kemény kõszemcsébõl áll. Ezek a szemcsék elcsúszhatnak egymáson. Ha a homokszemeket egymáshoz nyomó erõk kicsik, a szemcsék könnyen elcsúsznak egymáson. Ez a száraz homok esete. A homokszemeket csak a fölöttük levõ szemek súlya nyomja egymáshoz, ezért amikor felfordítjuk a vödröt, a homokszemek könnyen elcsúsznak egymáson és legfeljebb kupac lesz belõlük.

Ha a homok nedves, minden szemcsét vékony vízréteg borít. A víz igyekszik azokhoz a pontokhoz gyûlni, ahol a szemcsék érintkeznek. A felületi feszültség a víz felületén hat, és ugyanolyan hatást kelt, mintha kifeszített hártya borítaná a vizet. Akkor is a felületi feszültség hatását látjuk, amikor egy poharat túlságosan teletöltünk vízzel: a víz a felületi feszültség miatt egy-két milliméterrel a pohár pereme fölé érhet.

Amikor a homokszemekhez víz tapad, a felületi feszültség "egymáshoz húzza" a szemcséket, és akkor is nagy erõ hat közöttük, ha nincs fölöttük homok, ami összenyomná õket. Ez az erõ elég súrlódást kelt ahhoz, hogy a homokvárat összetartsa.

De ha víz alatti homokvárat akarunk építeni, a víz nem érintkezik a levegõvel a homokkeverékben, ezért nem hat a felületi feszültség, és a vár kupaccá csúszik szét. Ez azt bizonyítja, hogy amikor nedves homokból építünk várat, a víz nemcsak  egyszerûen összeragasztja a homokszemeket.

Guy Houlsby

Oxfordi Egyetem



 


2. válasz: Amikor vizet adunk a homokhoz, a víz "függõhidat" alkot a homokszemek között, és ez tartja össze a szemeket. Az összetartó erõ nagyobb a nehézségi erõnél, ezért megakadályozza, hogy a homokvár fala beomoljon. A folyadékhidak a víz felületi feszültsége segítségével hatnak. A hidak homorú felülete  olyan "kapilláris hatást" kelt, amely elõsegíti, hogy a homokszemek erõsen összetapadjanak.

Ha még több vizet adunk a homokkeverékhez, a függõhidak lassan egyesülnek, és a "sikló" állapoton át a "kapilláris" állapotba jutunk. A homorú folyadékfelületek továbbra is kapilláris hatást fejtenek ki, amely összetartja a homokszemeket.

De ha ennél is több vizet adunk a homokhoz, a felület domorú lesz, és a kapilláris szívóhatás megszûnik. Ez a "csepp" állapot. A víz nem fejt már ki vonzó hatást a részecskék között: a vár falai nem maradnak meg, a homok iszappá válik.

Az iparban sok finom port ezekkel a "folyadékerõkkel" tapasztanak össze szemcsékké. Így készülhetnek például mosóporok, mûtrágyák, kapszulába zárt, porszerû gyógyszerek. A gyárban azonban nem vizet, hanem valamilyen oldatot használnak. Amikor a szemcsék kiszáradnak, a só kikristályosodik az oldatból, és állandó, szilárd hidat alkot a szemcsék között, amelyek most már szárazon is összetapadnak. Ha várépítéskor tömény sóoldatot használunk víz helyett, a vár akkor is megmarad, ha kiszárad.

Simon Iveson

Mayfield, New South Wales


Vissza a kérdésekhez
The Last Word Archive
Copyright New Scientist, RBI Limited 1998
For more science news and views, check out New Scientist Planet Science