室内雪崩-行星地球在线

我们将探索如何利用沙子来预测雪崩的结果。
2012年5月20日

采访

剑桥大学的Nathalie Vriend说

随着夏天的到来(显然),研究雪崩物理学的科学家们不得不想出一些巧妙的方法来研究当雪以每小时100英里的速度从山坡上倾泻而下时会发生什么。而且他们不需要在雪道上做。

剑桥大学数学科学中心的Nathalie Vriend用一个看起来像大金属电话亭的东西来模拟雪崩犹他州廷帕诺戈斯山上的雪崩靠在它的侧面。没有玻璃墙,只有一个长方形的框架和斜坡上的一条狭窄的传送带。

“地球脉动”播客主持人苏·纳尔逊亲自去看了娜塔莉的实验,发现了一些熟悉的东西从斜坡上滑下来——而且不是雪……那是沙子……

Nathalie:雪和沙子都是由小颗粒组成的,当这些颗粒开始移动时,它们会相互作用并相互碰撞。正因为如此,在这个小范围内发生的物理过程实际上非常相似。所以,我们用沙子代替雪来做实验。

苏:你能给我演示一下你是怎么做的吗?我们能打开这个巨大的装置,这个沙子传送带吗?

娜塔莉:当然,我很乐意……我要打开一个阀门来打开中心血流。沙子从斜坡的顶部渗了进来。沙子可能雪崩的距离大约有三米长,所以我们把沙子带到山顶,然后它开始雪崩下来。

苏:我现在可以看到一些沙子从坡顶的一个小管子里流出来,这个管子比我高一点,大概有几米高。

娜塔莉:此时此刻,沙子流得并不快。我们能做的就是把阀门打开高一点这样沙子就会大量流出来。

[沙子落下的声音]

苏——哦,天哪!这真的很有趣;它看起来就像你的沙坡——中心部分——现在看起来像一条流动的融化的沙河。

娜塔莉:没错,没错。如果你仔细观察,你会发现中间的部分流动得非常快,但侧面有一些东西,就像堤坝一样

苏:哦,是的,它们在转身,不怎么动了。

娜塔莉:没错,实际上有些颗粒是静止的,或者根本不动。

苏:雪从斜坡上滑下来是这样的吗?

娜塔莉:是的。当一个物体从山上下来的时候,它在中间的速度是最快的,而在两边的速度则趋于零。因此,如果你仔细观察山上的沉积物,你总能看到雪在沉积物中雕刻出一条路,并在侧面留下碎片。

苏:你是怎么选择斜坡的角度的?

娜塔莉-雪崩通常发生的角度在30到45度之间。那真的很陡,比你在上面开车要陡得多。我现在改变一下流速这样你就能看到其他一些特征了。

苏:哦,天哪,真有意思。而不是一条自由流动的河流,它几乎像一滴糖浆。

娜塔莉:所以在这种情况下,因为我们降低了流速,没有足够的沙子通过形成这条连续的河流。正因为如此,沙子积聚到斜坡的顶部,开始雪崩,当有一定量的沙子可用时,斜坡就会填满。所以你会看到这些断断续续的雪崩,它们看起来就像沿着斜坡向下的舌头。

苏:你希望通过研究这种流,这种沙的雪崩来了解什么?因为我们已经知道了多少?

Nathalie:很难理解到底发生了什么,因为你可以想象,如果有水流沿着斜坡流下来,研究人员很清楚如何调查斜坡上的水流。但是如果你有一个固体材料,物理定律就不是很好理解了。在这种情况下,你有不同相的奇怪混合物;当你看沙河的中央时,它看起来就像一条流动的小溪,流速很快,有很多运动在进行。但如果你看看河的一边它是静态的,这真的很难建模。所以更大的图景是我们想要了解雪崩的去向,它们到达了多远,它们有多强,有多大,以及它们产生了什么样的压力。原因是我们想知道哪里可以建房子和道路,哪里对人们来说是安全的。

过去人们依靠历史记录,但它们可能不再很准确了,因为气候在变化,降雪和温度也在变化。此外,并不是世界上的每一个点都有历史记录。我们希望能够从物理角度模拟雪崩,并将其应用到世界上的每一个山谷和每一个山坡上。

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