【物理】小さなサイコロを円筒に大量に入れ、一定の力で左右に回し続けるとサイコロが綺麗に整列することが判明(反応まとめ)

1: 2017/12/04(月) 21:31:20.71 ID:CAP_USER BE:241972511-2BP(1000)

sssp://img.5ch.net/ico/taxi.gif
一辺が5mmのサイコロを円筒の中にざざーっと入れ、一定の力で左右に回し続けると3時間~1日程度でほぼ全てのサイコロがキレイに整列し、隙間なくみっちりと詰まった状態になることが研究で明らかになっています。この技術は、粒子状の物質を整列させる必要のある産業分野や、宇宙の無重力空間での加工技術への応用が期待されています

Physics – Focus: Dice Become Ordered When Stirred, Not Shaken

https://physics.aps.org/articles/v10/130

細かい粒子を整列させるという行為は、砂と小石を混ぜてセメントを作る建設業や、材料を均一に混ぜ合わせて医薬品を作るといった医薬品分野などさまざまなケースで広く行われています。
重力のある環境では、粒子状の材料を入れた容器に振動を与えたり、外部からコツコツと叩いたりすることで、
内部の粒子の重なりに「緩み」を作りだし、内部に残っていた余分な空間をギュッと圧縮することで全体の体積を小さくすることができます。

これと別の方法を模索してきたスペインのナバーラ大学のディエゴ・マザ氏らの研究チームは、筒状の容器に粒子状の物質を入れ、筒を回転させることで物質をぎゅっとまとめることが可能かを調査しました。

実験ではまず、上向きに設置した円筒の中に5ミリ角のサイコロ2万5000個を流し込みました。
その状態で、筒を上からみて時計回りと反時計回りの方向にひねる動きを一定の強さで加え続け、粒子の変化を検証。
すると、以下のように最初はバラバラに積み重なっていたサイコロが、一定時間の後にはまるで機械で精密に敷き詰めたように整列した状態へと変化したとのことです。

http://image.news.livedoor.com/newsimage/stf/2/f/2fd62_88_b09b8ea788cbd6ae3031a2355baf99b9.jpg

no title

by K. Asencio et al., Phys. Rev. Lett. (2017)

この現象は、筒が回転することで生じる遠心力によってサイコロが筒の壁面へと押しつけられる力と、回転が反転する際に生まれる振動の加速力の両方がサイコロに加わることで起こるものとみられています。
特に反転時の加速力は結果に大きな影響を与えており、加速力が「0.5G」を超えると整列に要する時間は大幅に短縮されるとのこと。
筒の反転周期が約1秒の状態で0.5Gの加速度を加え続けると、最終状態に達するまでのサイクルは1万回程度とのことで、1サイクル=1秒で計算すると1万秒、つまり2時間46分程度で整列が完了したということになります。

一方、加速度が0.5Gを下回ると整列が行われるペースは一気に停滞し、10万サイクルを経ても筒の中心部のサイコロはバラバラの状態が続いていたとのこと。
現状を目の当たりにしたマザ氏は、全てが整列した状態になるには10年以上かかるのでは、とみています。

サイコロの並びを上からみると、加速度が弱かった場合(a)だと並びがランダムになっているのに対し、加速度が強かった場合(b)だとほぼ全てのサイコロが同心円を描き、なおかつ中心から放射状に並んでいる状態になっていることがわかります。
http://image.news.livedoor.com/newsimage/stf/a/2/a2eab_88_67f4a3682936300024ace78d9da080c7.jpg

no title

http://news.livedoor.com/article/detail/13982189/

以下、反応

via:https://egg.5ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1512390680/

159: 2017/12/06(水) 14:38:55.50 ID:sPpgX/4N
>>9
かいけつ、ずばっ~~~~~~~と♪

 

25: 2017/12/04(月) 21:56:07.10 ID:80zGLgYJ

>>1
こんなの想像の範囲内だぞ!

全部目が揃ってんのかと思ったけど期待外れ!

やり直し!

 

45: 2017/12/04(月) 23:18:08.80 ID:OuXke10L
>>1
画像みてゾワッとした

 

56: 2017/12/05(火) 00:14:43.44 ID:VS5lUuz5
>>1
ヒーーッ! 画像見たらなんかムズムズする!

 

162: 2017/12/06(水) 17:32:24.05 ID:QpwdJNFm
>>1の画像がきれい
環境オブジェ的に改良して売り出すべし

 

2: 2017/12/04(月) 21:33:03.21 ID:H9gbb9+S
えっ? ファイブダイスとか知らない人? 昔よくやったよ。

 

58: 2017/12/05(火) 00:26:46.95 ID:W/8KS08d
>>2
それをイメージして知ってたと言おうかと思ったけど、ちょっと規模が違った

 

92: 2017/12/05(火) 06:06:04.39 ID:gq8QcrGZ

>>2>>58
あれは「ダイス・スタッキング」って言うんじゃないの?

「ファイブダイス」だとサイコロ5個固定になるじゃん。
ダイス・スタッキングだとサイコロは2個以上いくつでもおk。

“dice stacking”でぐぐってみ。

 

10: 2017/12/04(月) 21:39:47.98 ID:QKPRk5rf

もしかしてこのオッサン、理系じゃないのでは?

…と思うくらい当たり前のことやってるわけだがw

 

158: 2017/12/06(水) 14:36:44.74 ID:6xLe/YhY
>>10
いや待てよ。世の中の当たり前のことを解明するのも科学の仕事じゃねーのかよ

 

160: 2017/12/06(水) 16:15:30.58 ID:1bZNlGMA
>>158
その通り。
当り前のように見えて、
なぜそうなるのかが解っていない事は多い。

 

23: 2017/12/04(月) 21:49:59.31 ID:2ZJKx5MK
目が揃うのかと思ったわw

 

26: 2017/12/04(月) 22:02:16.05 ID:w4lhzlhw
一列に立つヤツみたいの想像したけど全然違った
これが凡人の知能か

 

33: 2017/12/04(月) 22:22:47.08 ID:B1c9vQje

ジャイロスコープとかすでにいろいろ応用されてんだろ
何をいまさら感がある

スペイン人は旧石器時代に生きてるんだな

 

38: 2017/12/04(月) 22:40:01.90 ID:jUSInizX

当たり前の結果だけど、それを実証するのも大事だよね。

でもサイコロ2万5000個はいいな。
嫌な事あった時にドバーっと部屋にぶちまけて、後から鬱になりたい。

 

42: 2017/12/04(月) 23:00:07.71 ID:ELPo9IuZ
目が揃うことを気にしている人が多いみたいだが、
いかさまサイコロをを使えば、可能かもしれない。
誰かやってみてね。

 

55: 2017/12/05(火) 00:12:17.75 ID:FHt5Ofpe
一定の時間。
つまり1時間ごとに1mmずつ左右に動かすと・・・
整列しちゃうんだね。

 

67: 2017/12/05(火) 01:52:54.44 ID:X5TYRqLJ
田園都市線の日常風景だな

 

88: 2017/12/05(火) 05:05:10.99 ID:6gxHJsrM

なんだ、目が揃うと思ってみたのに・・・

早起きし過ぎた。
また寝るか。

 

118: 2017/12/05(火) 10:53:18.15 ID:2Xw2OM9n
これ小学校でみんなで競ってたわ。30年前。

 

143: 2017/12/06(水) 06:01:49.12 ID:MKJMzL09
あのー
円筒の硬度と粒子の硬度によると思うんですが
(´・ω・`)あほなん?

 

155: 2017/12/06(水) 14:06:57.27 ID:R9lKSnHr

アモルファスが結晶になるような組織変態現象を肉眼で見えるように模式化しただけ
回転力を落とすと揃わなくなるのは、組織変態の活性化エネルギーに満たなくなるという話
それでもガラスは一万年とかかけて結晶化するし(エジプト遺跡のガラス品とかに見られる)
みんなエントロピーの話をしてるようだが、エネルギー状態の低い方へ遷移しただけだよ

結晶材料学習った人には当たり前すぎる話

 

156: 2017/12/06(水) 14:17:37.15 ID:Do4hJInl

>>155
> それでもガラスは一万年とかかけて結晶化するし(エジプト遺跡のガラス品とかに見られる)

多分それ妄想だと思うけどちゃんとしたソース出せる?

 

161: 2017/12/06(水) 17:16:52.95 ID:jmaxOgUa
俺が小学校のときに
ダイスが流行ってみんなやっていたよ。
判明は大げさ
みんな知っている

 

169: 2017/12/07(木) 05:39:20.27 ID:kQ+4r17K
>>161
みんな知ってても研究としてまとめないと判明したとは言えない
少し前にバナナの皮が滑る事を証明してイグノーベル賞を取った人が居たやろ

 

173: 2017/12/07(木) 12:04:01.25 ID:eDFpEkW9
これ突き詰めるといろんな粉体や粒子のパッケージ効率が上がるってことじゃないの?


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