12 февраля 2008, 15:18

Ученые определили формулу идеальных песчаных замков

В воскресенье в журнале Nature Materials опубликована статья, в которой объясняется природа взаимодействия воды с гранулами песка.
Группа ученых из Германии, Австрии и Австралии смогла установить причину, по которой свойства смеси вода-песок практически не зависят от пропорций компонентов.

Для объяснения этого явления ученые использовали метод рентгеновской микротомографии. Суть метода заключается в следующем: образец смеси песок-вода помещается на вращающееся основание, и камера фиксирует его проекции под разными углами. Программа обработки позволяет реконструировать трехмерное изображение по серии двухмерных проекций.

С помощью этого метода ученым удалось установить, что причина постоянства свойств смеси песок-вода при различных пропорциях компонентов кроется в необычной организации воды внутри образца. Микроскопические "мостики" и кластеры, образованные молекулами воды, удерживают песчинки вместе. Образование подобных структур практически не зависит от количества воды в смеси. Ранее считалось, что максимальная прочность сооружений из песка и воды достигается при соотношении компонентов 8:1.

Ученые определили простые правила, определяющие геометрию взаимодействий для песчинок сферической формы. Для неидеальных песчинок, ученые не смогли вывести единую формулу, однако получили доказательства, что полученная закономерность "работает" и для них.

Полученные результаты помогут лучше понять устройство систем, состоящих из гранулированного материала и воды. Например, благодаря этой работе ученые надеются разобраться в причинах оползней, которые стали причиной гибели тысяч людей.