Французские учёные, экспериментируя с песком, обнаружили неизвестный ранее физический эффект, подчёркивающий, что жидкости и мелкодисперсные материалы совершенно по-разному взаимодействуют с проникающими в них объектами.

По словам аспиранта Университета Париж VII им. Дидро Рафаэля Клемана (Raphaël Clément), в первом варианте простейшего опыта использовались пустые банки из-под чая. В днище одной из них были проделаны отверстия, после чего с банок снимали крышки, переворачивали вверх дном и вдавливали в песок.

Всем известно, что в аналогичном опыте с водой потопить целую банку гораздо труднее: мешает воздух, находящийся между поверхностью жидкости и днищем. Кажется, такая картина должна сохраняться и в случае с песком, но практика показала обратное.

В «научной» версии испытания банки заменили алюминиевыми цилиндрами диаметром в 7 и высотой в 12 см с 2,1-миллиметровыми стенками. Предметы были размещены над слоем строительного песка, а сверху на них опускали грузы массой от 200 г до четырёх с лишним килограммов. При одинаковых параметрах грузов цилиндр с вырезанным днищем действительно погружался в сыпучий материал на меньшую глубину.

Рис. 1. Занимательная физика (фото Sylvain Courrech du Pont / Université Paris Diderot).

Авторы объясняют эффект так: воздух, вырывающийся из-под ободка запаянного с одного конца цилиндра, способствует быстрому перемещению частиц песка, и те оказывают меньшее сопротивление движению. Плотность песка при этом должна быть достаточно высокой, а груз необходимо опускать быстро; если физики увеличивали его массу постепенно, воздух выходил с меньшей скоростью, и цилиндры выравнивались по глубине погружения.

Вероятно, эффект проявляется в строго определённом диапазоне размеров цилиндров и частиц песка. «Я думаю, коллегам повезло попасть в нужную точку в огромном пространстве параметров», — говорит Стефан Кёлер (Stephan Koehler) из Вустерского политехнического института.

Полная версия отчёта будет опубликована в журнале Physical Review Letters.