ダイラタンシー
ダイラタンシー（英語：dilatancy）とは、ある種の混合物の示す、小さい剪断応力には液体のように振る舞うのに、大きい剪断応力には固体のように振る舞う性質である。
この現象が起こる物体を「ダイラタント流体」あるいは「ダイラタンシー流体」と言い、非ニュートン流体の一種である。
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[編集] 原理
ダイラタント流体は一般に、液体と固体粒子の混合物である。力を加えて粒子が密集すると粒子の間の隙間が小さくなり、強度が増し固体になる。しかし力を加えるのを止めると再び粒子の間の隙間が広がり、元の液体に戻る。
[編集] 語源
イギリスの物理学者のオズボーン・レイノルズ（Osborne Reynolds）がこの現象を発見し、英語で「膨らむ」を意味する「dilatancy」が語源である。また、「レイノルズ」という別称がある。
[編集] 代表的な例
- この現象の見られる砂浜を足で踏み付けたり押さえ付けたりすると砂は硬くなり、海水を含むと更に硬くなる。普通の乾いた砂浜では自動車のタイヤは滑りこんでハンドルの操作ができなくなるのだが、この現象があるところでは砂が硬いため、自動車で通行したり砂浜に駐車することができる。石川県の羽咋市から宝達志水町にかけての千里浜の砂浜が有名。
- 生クリームの泡立て。
- ヤマノイモやナガイモの磨り下ろし。
- 水溶き片栗粉。およそ水1：片栗粉1。「ウーブレック」とも（en:Oobleck#Non-Newtonian fluid）。
[編集] ウーブレックの作り方
水に片栗粉かコーンスターチを入れて、しばらく混ぜる。うまく水の量を調節すると、その液体を握ると固体のようになり、手の中で硬くなるし握り潰せばヒビが入るようになる。しかし握るのを止めると再び液体状になり、指の間から流れ落ちる。これが、最も一般的な作り方である。また炭酸カルシウムとベンゼンとデンプンを混ぜても作れるがベンゼンは有毒で燃焼性が高く危険なので、通常の実験で行うのは止めたほうがよい。
[編集] 流体の構造
ダイラタント流体は、液体と粒子を混ぜると粒子が最密充填の詰まり方になり、粒子と粒子の間に水があり潤滑剤の役目をして液体のように流れる。最密充填は上からの力に弱く、上の粒子が下の粒子と反発して動かなくなる。上側にある水分が下側に移動して上側が固体になるのである。[要出典]
ダイラタンシーは、不揃いの粒子（浜辺の砂やα澱粉粒子）の隙間に液体が入り込んだ物体に剪断応力（ずり応力、ストレス）が与えられるときに膨張することで起こる。これは、液体を満たした不揃いの粒子が、それを摺り合わせる力となる剪断応力によって回転したときに、互いに出っ張ったところが「かみ込む」ことでつっかえて広がろうとする。ところが隙間は液体が充填されているので、この空間を拡張しようとすると液体に陰圧がかかる。この陰圧による張力が粒子を引き寄せる力となり、膨らみながら粘度が増大する現象である。[要出典]
ダイラタンシーはオストワルド式（冪乗法則）S=kDnにおいて、剪断応力（ずり速度、または剪断ひずみ）Dの指数nが1よりも大きい場合を指す。ちなみにnが1の場合をニュートン流動（粘性流動）といい小分子の液体の多くはこの性質を持つ。また、nが1よりも小さい場合を擬粘性流動といい、濃度1%以下の高分子の溶液やクリームはこの性質を示す。
なお、片栗粉（古くはカタクリという植物の根の粉末だが、今日ではジャガイモから製される）やコーンスターチの澱粉はグルコースの繊維であるアミロースと分岐点を多く含むアミロペクチンからなる。糸鞠状になるが、分岐点があるので粒子は一様ではなく、でこぼこになると想像され、最密充填で配列することは困難ではないかと思われる。[要出典]
