¿Hay un nombre para este fenómeno?

Imagina que tengo un tubo cilíndrico cerrado en ambos extremos con tapas. Lo lleno con arena y comprimo la arena con fuerza. Ahora sostengo el cilindro verticalmente y quito la tapa inferior. El contador de arena intuitivamente no se caerá aparte de unos pocos granos sueltos. Entiendo la razón de esto. Esencialmente, la fuerza de gravedad hacia abajo que actúa sobre cada grano de arena se contrarresta con la fuerza de fricción neta hacia arriba. Y la fuerza de fricción surge debido al contacto de cada partícula de arena con sus vecinas.

Ahora bien, ¿hay un nombre para este fenómeno? O, ¿existen experimentos relacionados o aplicaciones de este fenómeno?

Esto se llama interferencia y está relacionado con algunos fenómenos críticos interesantes. Por cierto, no se puede explicar con un simple argumento que involucre el equilibrio de las fuerzas superficiales. El atasco ocurre a lo largo de "estructuras de soporte" internas ensambladas espontáneamente que sostienen toda la arena.
@RyanThorngren ¿Puede explicar amablemente en una respuesta cuáles son estas estructuras de apoyo? La interferencia parece algo que harían los fluidos no newtonianos. ¿La arena siempre expresa atascamiento o solo cuando está sometida a fuerzas de compresión?

Respuestas (1)

El fenómeno se llama dilatancia .

En mi vida anterior como ciencia coloidal, encontré esto con frecuencia en dispersiones concentradas (el ejemplo arquetípico de esto es oobleck ), aunque el mecanismo es sutilmente diferente en las dispersiones, ya que surge del arrastre viscoso en el medio en lugar de la fricción entre las partículas dispersas. Sin embargo, el fenómeno es básicamente el mismo.

En este caso particular, el volumen está limitado por el tubo, por lo que los granos no pueden fluir.

La dilatación se refiere a las deformaciones por corte. Estaba imaginando que el suelo se comprime radialmente hacia adentro (por lo que no hay fuerza de corte más que la gravedad de los granos). Aún así, el suelo se pegará más o menos, ¿verdad? Y en este caso, no hay dilatancia. El volumen total de arena en este caso debería, de hecho, disminuir a diferencia del caso de dilatancia. ¿Es esto correcto?
La fricción provoca cizalla porque actúa en el límite de la arena.
@yathish, la arena está bajo cizallamiento porque el centro quiere caer mientras los bordes están sostenidos por las paredes del cilindro. En efecto, es como bombear fluido a través de una tubería. Hay un esfuerzo cortante a lo largo de la dirección radial. Este esfuerzo cortante provoca la dilatancia y bloquea la arena en su lugar.
@JohnRennie está bien. Está más claro ahora. Si tuviéramos alguna otra dispersión que no mostrara dilatancia, aún podría bloquearse en su lugar solo por las fuerzas de fricción, ¿verdad? Además, la restricción del volumen en expansión lo bloquea en su lugar: ¿no se debe esto en última instancia a la fuerza neta de fricción hacia arriba?