Бір шай қасық құмда қанша құм түйіршіктері бар?

Кейде өте қарапайым көрінетін нәрселер де адамды таңдандырып, түрлі сұрақтар туындатады. Ұсақ әрі елеусіз бөлшектер шын мәнінде күрделі құрылымға ие болып, сансыз элементтерден тұрады. Осындай мысалдың бірі – құм. Оны қолмен немесе қасықпен оңай алуға болады, алайда ондағы түйіршіктердің нақты санын анықтау – оңай шаруа емес. Жеке-жеке байқалмайтын бұл ұсақ бөлшектер шоғырланып, жағажайлар мен шөлдерді, дөңдер мен өзен аңғарларын құрайды. Бірақ бір ғана шай қасықтың ішінде қанша құм түйіршігі бар екені туралы нақты жауап беру үшін біраз ғылыми түсінік қажет.

Құм дегеніміз не

Құм түйіршіктерінің санын бағалау үшін алдымен олардың не екенін анықтап алу керек. Құм – диаметрі шамамен 0,05-тен 2 миллиметрге дейінгі ұсақ минерал бөлшектерінің жиынтығы. Ол негізінен кварцтан құралған және тау жыныстарының ұзақ жылдар бойы үгітіліп, мүжіліп, ұсақталуының нәтижесінде түзіледі.

Құмның тығыздығы мен бөлшектердің өлшемі бірдей көлемде әртүрлі сан болуы мүмкін екенін көрсетеді. Ең кең таралған құрғақ кварцты құмның орташа түйіршік диаметрі шамамен 0,5 миллиметр болады, сондықтан есептеулерде көбіне осы мән негізге алынады.

Құмның жалпы сипаттамалары:

• көбіне кварц пен басқа силикаттардан тұрады;
• химиялық әсерлерге төзімді және өте берік;
• сусымалы құрылымға ие, саусақ арасынан оңай ағады;
• құрылыс, шыны өндірісі және су сүзу салаларында қолданылады;
• тығыздығы жоғары, әр түйіршігі жеңіл әрі шағын.

Түйіршіктер неғұрлым майда болса, солғұрлым олар белгілі бір көлемге көбірек сияды.

Шай қасықтың көлемі және түйіршік санына баға беру

Бір шай қасықтың орташа көлемі – шамамен 5 текше сантиметр. Бұл өте аз көрінгенімен, құм түйіршіктері үшін бұл нағыз кеңістік іспетті.

Әр бөлшек диаметрі 0,5 миллиметрлік шар тәрізді деп есептейік. Мұндай жағдайда бір текше сантиметрге шамамен 8 000 шар сияды. Бірақ түйіршіктер тығыз орналасатын болғандықтан, бұл сан бірнеше есе артуы мүмкін.

Мамандардың есептеулеріне сүйенсек:

1. Бір текше сантиметрге шамамен 8 000 000 құм түйіршігі сияды. Бұл жуық геометриялық есептеуге және орташа өлшемге негізделген болжам.
2. Толық шай қасыққа шамамен 40 000 000 бөлшек сияды. Бұл мән әртүрлі жағдайда өзгеруі мүмкін, бірақ шамамен осы деңгейде болады.
3. Егер құм өте майда болса, сан 100 000 000-ға дейін жетуі ықтимал. Бұл әсіресе техникалық мақсатта қолданылатын абразивті ұнтақтарда кездеседі.
4. Бар болғаны 5 грамм құрғақ құмның өзі миллиардтаған жеке түйіршіктерден тұруы мүмкін. Бұл микродүниенің көлемі мен күрделілігін түсінуге көмектеседі.
5. Мұндай бағалаулар геология мен материалтану салаларында жиі қолданылады. Олар топырақтың тұрақтылығын болжауға, шөгінділердің таралуын моделдеуге сеп болады.

Бір шай қасық көлемі ішінде миллиондаған бөлек элементтердің болуын ескерсек, микродеңгейдегі заттар да өте күрделі екенін байқауға болады.

Неліктен мұндай есептеулер маңызды

Мұндай сұрақ тек қызығушылық емес, нақты ғылым үшін де маңызды. Инженерлер, экологтар мен зерттеушілер сусымалы материалдардың мінез-құлқын түсіну үшін осындай есептеулерге жүгінеді.

Бұл білімдер қажет:

• сүзгілеу және абразивтік жүйелерді жобалауда;
• гидротехникалық құрылыстарда және құмды топырақтардың қозғалысын зерттеуде;
• құрылыс қоспаларын өндіруде;
• топырақ эрозиясы мен құнарлылығын бағалауда;
• планеталық реголитті модельдеу кезінде астрономияда.

Шектеулі көлемдегі бөлшектер саны материалдың физикалық қасиеттерін түсінуге және оның басқа ортада қалай әрекет ететінін болжауға көмектеседі.

Бір шай қасық құм, қарапайым көрінгенімен, шексіз микродүниенің айнасы іспетті. Оның ішінде көзге көрінбейтін миллиондаған түйіршік бар, ал олардың жиынтығы бүкіл Жер бетінің пішінін қалыптастырады. Осындай ұсақ құрылымдардан үлкен жүйелер құралады. Ғылыми таным дәл осындай ұсақ бөлшектерге назар аударудан басталады. Әрбір үлкен нәрсе кішкентай бөлшектен тұрады – кейде ол бір ғана құм түйіршігінен басталады.