有什么鲜为人知的物理知识？ 第1页

说个比较偏门的领域，颗粒物质有很多很奇异的性质：

1、谷仓效应。如果是一个直壁的水缸，当其中的水不断增多的时候，其底部的压力会线性增加，这即是伯努利定律的静态情况。而谷仓则不同，当谷仓中的谷物堆积到一定高度之后，再增加谷物，谷仓底部所承受的压力也基本不再变化了。

这也解释了为什么沙漏是一种相对可靠的计时工具。当沙漏中有一定高度的沙子时，其底部的流速是一定的，这正符合对于计时工具要均匀变化的要求。相比较来说，水漏在这方面的性质就要差一些，水流速度会随水面的高度而不同。

更：在原理上，这实际上是谷仓内壁与谷物之间的摩擦力分担了谷物的重量。就类似当我们身处一个不太宽的井中时，我们可以用双腿叉开（或者用双脚和背部）支撑两侧井壁向上攀爬。

2、巴西果效应。把大小不同的颗粒（比如瓜子和榛子）均匀混合在一起，装在一个密闭容器（比如饭盒）中。这时如果不停的上下晃动容器，你会发现这两种颗粒会渐趋分离，而且分离的趋势一般是较大的在上层，较小的在下层。

更：又查了一下儿，发现还有很多故事。混合颗粒在震动条件下的行为还比较复杂，在一定的条件下还会出现“反巴西果效应”（上小下大），以及“三明治效应”（小大小或大小大）。具体出现哪种情况，要看外力的振幅和频率，这样可以画出一张相图来（图中的照片里，颗粒为两种，一种黑色（大）一种白色（小），可以看到分明的黑层和白层）。还有报道说纵向（平行于重力方向）震动会导致巴西果效应，而横向（垂直于重力方向）震动会导致反巴西果效应。

所以，现在的局面是，实验现象有很多，但是这方面的原理尚且众说纷纭。

3、苹果堆问题。当一堆苹果被堆得越来越高时，最先被压坏的，并不是处在“最底下”（比如一个圆锥形的堆，即指最底部那个圆的圆心）的那个，而一般是相对靠边儿的那些。

更：实际上，如果去测（ Vanel 1999）沙堆底部的压力径向分布，结果是下图这个样子：

可以看到，压力在中心处是有一个凹陷的。这里给出某一种理论下的解释，这个现象与另一个我们生活中常见的现象有关——颗粒/块状物的成拱现象。如下图所示，颗粒在漏斗口附近形成了一个拱形的结构，阻塞了漏斗。而成拱现象另一个重要的应用是拱桥。不难想象，苹果堆内也会有这种情况，处于拱形“桥洞”庇护之下的部分承力较小，而处于拱形根部的“桥墩”部分则承力较大。所以有可能在圆锥堆的底心附近更容易形成这种拱形结构。

4、沙堆效应：若空中不断有沙子落下，会在地面形成一个沙堆。这个沙堆会不断的变高，也逐渐的变陡。而当陡坡的倾斜程度达到某一个角度的时候，沙堆一定会崩塌，即一部分“山尖”上的沙子会落到旁边去。对于一种沙子来说，这个角度是一定的。这个现象也是“自组织临界”（这词儿听着逼格还不错……）的一个例子。

更：评论中很多同学提到这个现象在工程中和地质中有很多应用。总结起来，就是斜坡能够保持不崩塌的最大角度被称为“最大稳定角”，而崩塌之后也基本会是一个固定的角度，叫“静止角”。也就是说沙坡会在静止角和最大稳定角之间不断变化。而不同的沙子，不同的气候条件，这两个角度也会不同。常见的情况中，它们大体在~30度的样子，它们之间一般差个两三度。这基本就塑造的我们常见的沙丘的模样。

5、再说一个颗粒流相关的。当颗粒从漏斗底部留下的时候，如果在漏斗口部附近有一个障碍物（如下图(b)），在一定的条件下（位置形状尺度等合适），颗粒流的流速反而会比没有障碍物（图(a)）时更大。这个现象实际上是由于“合适”的障碍物会避免颗粒形成上面第3条中所述的那种“拱形结构”的倾向。

这个效应还有一个挺有喜感的应用场景，那就是公共场所的人群疏散。有实验和计算表明，如果在疏散口附近合适的位置有一个障碍物（比如柱子），疏散效率反而能提高。

6、成层现象。这一条是第2条的延续，还是整体运动导致颗粒物质出现斑图的现象。将均匀混合的颗粒物质置于圆筒中，滚动圆筒，会发现颗粒物质会在轴向上渐趋于一层一层的分布。见下图。

7、震动致斑图。震动可以在混合颗粒中形成斑图，也可以在单一颗粒中形成斑图。如下图所示，图注中有文献出处。

感谢大家的赞！也谢谢@键盘上的烟灰兄的提醒，第一条关于水流原来的叙述有问题，已更正。——20170206_1

有很多朋友提到原理的问题，俺会更新一些原理性的解释以及一些新现象。——20170206_2

更新了关于“苹果堆”那条的一些实验结果和原理——20170207_1

更新了一个新的现象，关于漏斗中的颗粒流——20170207_2

更新了关于谷仓效应的解释——20170207_3

更新了关于巴西果效应的新现象——20170207_4

更新了两个新的现象，震动成层和震动致斑图——20170207_5

更新了关于沙堆效应的内容——20170207_6

更多更一般的（看着逼格更高的）关于颗粒物质和自组织系统的理论就过两天再更了，再次谢谢大家的赞！——20170207_7

谢谢@王汵兄的讨论！原文漏洞已修正——20170207_8

世界上有10种人，懂二进制的和不懂的。。。