“麦克斯韦妖”机

<正>一公升普通空气的重量不会超过一美分硬币重量的一半,却含有足够将一个7 kg保龄球抛离地面超过3 m的热能。如果能设计出一个装置,将这些乱撞气体分子的热能转换成做定向运动的有用功,将会是非常有益的。虽然热力学第二定律告诉我们,不可能有任何一种装置能将单一热源的热能只转换为有     

震前兆信息传播、分布及其探测原理

地壳岩石层由板块、断层和其间的断层泥构成,在研究地震前兆信息传播这类准静力学问题时,应将其作为大尺度离散态颗粒物质体系处理.地震孕育过程中,在大地构造力驱动下,岩石层块克服所受摩擦力和边界断层泥阻力发生滞滑移动.当岩块间断层泥受挤压后其强度增大到一定程度时,又推动下一岩石层块滞滑移动,就这样渐次使其他岩石层块发生移动,并以力链形式分布和传递.文章给出了此模型的物理依据和实际观测例证;通过模拟实验和分析阐述了力-移动-形变在地层中分布的表达形式和传播时间序;说明了地震前兆信息的主要特征及其与地震发生之间的关联,以及探测有效地震前兆信息的方法原理.同时,论述了用颗粒物理原理与连续介质观念对地震前兆认识的本质区别,解释了连续介质观点难以理解的若干地震学问题. 关键词： 地震前兆 颗粒物质 滞滑移动 力链     

“游泳”于沙漠中

“日本叉牙鱼”(sandfish)又叫鱩鱼，是一种产于北太平洋的毛齿鱼科的无鳞鱼，多穴居于沙质或多泥的洋底。2013年11月份的Physics Today杂志上刊登了Swimming in the desert一文，文中从流体力学出发，以穴居于沙质中的鱩鱼为例，研究生物体在非固非液介质中的有效前进方式。这些研究将有助于在沙地上或星球表面上类似外星漫游者号或灾害现场的机器人的设计与操作。     

Experimental and numerical study on energy dissipation in freely cooling granular gases under microgravity

Energy dissipation is one of the most important properties of granular gas, which makes its behavior different from that of molecular gas. In this work we report our investigations on the freely-cooling evolution of granular gas under microgravity in a drop tower experiment, and also conduct the molecular dynamics(MD) simulation for comparison.While our experimental and simulation results support Haff's law that the kinetic energy dissipates with time t as E(t) ～(1 + t/τ)~(-2), we modify τ by taking into account the friction dissipation during collisions, and study the effects of number density and particle size on the collision frequency. From the standard deviation of the measured velocity distributions we also verify the energy dissipation law, which is in agreement with Haff's kinetic energy dissipation.     

空间环境颗粒物质运动行为的研究

颗粒体系是一种动力学特性未被很好理解的新类型凝聚态物质。对微重力环境下颗粒物质运动行为的研究不论在基础物理或太空探测中都具有重大意义。文章回顾了过去10年来国内外在无重力环境中以振动作为驱动源的颗粒物质运动空间实验研究所取得的进展,并展望了颗粒物质运动的物理规律的研究前景。     

沙子里的图案

文章从物理学家的角度探讨颗粒体系中有序图案的产生和机理,探寻对广泛存在于自然界的非平衡态体系有序结构生成的理解.非平衡态体系的随机扩散与能量耗散的特性是有序结构生成的必备条件,所生成的图形则由这两个因素的权重比值和体系内部的对称性决定.具备以上因素,还需加上最后的一个决定性的关键因素,这就是熵的驱动.熵最大的态决定了体系是有序还是无序的排列.     

堵塞的颗粒

由大量被"锁死"在各自位置上的颗粒组成的集合体的一些特性促使物理学家们去探寻描述颗粒随机堆积过程的普适规律.     

二维颗粒流从稀疏态到密集态的临界转变

研究了斜槽中的二维颗粒流由稀疏到密集转变的临界现象.在二维颗粒槽的入口流量Q₀和出口尺寸d固定的条件下，记录并统计了稀疏流转变为密集流所经历的时间.研究发现，在统计时间内转变不发生的概率C(t)随时间指数衰减，其衰减的特征时间尺度α^-1(d)可以很好地由幂律函数a(d_c-d)^-γ来拟合，其中d_c为临界开口尺寸.此临界尺寸的存在确定了稀疏流到密集流转变的临界现象. 关键词： 颗粒物质 颗粒流 非平衡态相变 几何相变     

垂直振动激发下颗粒物质的能量耗散

本文对垂直振动激发下的铜和玻璃珠两种密集颗粒样品,通过实时测量样品盒的加速度和振台对它的作用力,研究了样品的平均耗散功率.实验发现该耗散功率在给定振动强度下随振动频率的变化曲线是一个峰值在几十赫兹的宽峰结构,在给定频率下随强度的变化具有幂率规律,其幂值小于简谐受迫振动模型的幂值2.这些结果将有助于研究测定颗粒流体和气体的迁移系数,以及它们在不同运动模式下的能耗差异.     

直剪颗粒体系的尺寸效应研究

本文通过改变直剪盒内高精度球形玻璃珠粒径、直剪盒厚度和长度的比例关系来观察体系剪切应力同试样边界条件的关系．发现随着玻璃珠粒径的减小样品所能承受的剪切应力会略微减小,而直剪盒长度的减小也会导致剪切应力的下降．实验结果表明直剪盒长度不足35倍颗粒粒径或者其厚度小于0．5倍直剪盒长度的时候,直剪实验具有明显的尺寸效应,现行的直剪实验指导标准应当予以修正．