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颗粒物质是人们最早熟知的物质类型之一,它是指直径大于1μm的大量固体颗粒的聚集体。在日常生活、生产中它无处不在,如自然界中沙漠,泥石流,土壤,浮冰;日常生活中谷物,矿物,药品,化妆品等等。颗粒物质在工业、农业、建筑业、制药业等方面都发挥着重要的作用,而且研究颗粒物质对于了解山体滑坡、雪崩、泥石流等自然灾害也很重要,因此,探明它的物理本质对于经济发展和科技进步至关重要。颗粒物质的重要性首先引起了工程师的注意,而最近才唤起了物理学家的广泛关注,对颗粒物质的研究蓬勃兴起,在各类刊物上(如Nature,Science,Physics Review等)有关颗粒物质的文章层出不穷。
颗粒物质的基本性质总体上来说可以分为两种:静态性质和动态性质。在颗粒物质的研究初期,由于技术水平的限制,人们研究比较多的是它的静态性质,比如沙堆模型、粮仓效应、颗粒系统内部的应力分布等。随着研究的深入以及技术的发展,人们研究颗粒物质的手段也越来越多,实验上,从简单的自然现象到精确的实验室研究;理论上,提出了多种理论模型;计算上,运用计算机作为研究的辅助手段,模拟颗粒物质的各种性质。颗粒物质的振动性质是其动态性质中的一种,起初,人们在生产生活中发现的“巴西果效应”就是典型的颗粒物质的振动性质。浙江大学交叉学科实验室软物质研究组对颗粒物质的流动性质进行了深入细致的研究,得到了一些有意的结果。
本文的前两章介绍颗粒物质的基本知识以及颗粒物质的研究进展,第三章是作者在硕士研究生阶段对颗粒物质的研究结果,主要是从颗粒物质的振动性质出发来研究颗粒物质的对流、分离等规律。实验发现,水平振动条件下,填充在容器中的颗粒会产生对流现象,这种对流只在颗粒完全流化的状态下发生,而且随着振动加速度的增加,对流速度也会越来越快。为了研究不同尺寸的颗粒混合在一起的振动规律,我们以尺寸为0.5mm的玻璃珠作为颗粒床(衬底颗粒),将不同尺寸不同颜色的大颗粒摆放在颗粒床上,在水平振动台上做正弦周期性振动,实验发现,经过一段时间后,大颗粒会从衬底颗粒中分离出来,在颗粒床的两端形成大颗粒聚集体。第四章是本文的结束语。