【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

**虫くん ★** · 2017/12/04(月) 21:31:20.71

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

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

**名無しのひみつ** · 2017/12/06(水) 19:47:47.84

ダイスで検索しようとしたら愕然とした。
お前ら、Googleで「大好き」って入力してみろ。
どうなってんだよこれ。

**名無しのひみつ** · 2017/12/07(木) 03:31:18.60

画像だけで判断すると2の目が外に出る確率は低いんかな

**名無しのひみつ** · 2017/12/07(木) 05:15:09.24

>>3
馬鹿は黙ってろ

**名無しのひみつ** · 2017/12/07(木) 05:15:30.87

>>24
当たり前だろカス

**名無しのひみつ** · 2017/12/07(木) 05:39:20.27

>>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

**名無しのひみつ** · 2017/12/07(木) 06:15:25.76

ポテトチップスなどのスナック菓子も　似たような機械で正確に30ｇづつ分けてたな

**名無しのひみつ** · 2017/12/07(木) 07:21:11.68

取り敢えずこれを論文にまとめればイグノーベルには届くかな？
ttps://www.youtube.com/watch?v=pxZ48kZCtQo

**名無しのひみつ** · 2017/12/07(木) 09:33:05.86

>>18
普通の易いダイスだと１の面が一番軽い

**名無しのひみつ** · 2017/12/07(木) 12:04:01.25

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？

**名無しのひみつ** · 2017/12/07(木) 15:50:30.59

>>161
こういうアホ多いよな

**名無しのひみつ** · 2017/12/07(木) 16:07:49.58

なんかこれだったら当たり前のような気がしない？
目が揃うんだったらたまげるけど

**名無しのひみつ** · 2017/12/07(木) 16:17:38.29

>>83
>>146
例えば、重力による落下はエントロピーの増大って聞いたことがあるけど

そうなら、
水平な面に斜めに接している１個のサイコロが重力で水平になるのもエントロピーの増大でしょう、これも落下

>>1の実験でサイコロの向きが水平方向に揃うのは、重力による落下のためでしょ
だから、少なくともその部分はエントロピーの増大で良いのでは

**名無しのひみつ** · 2017/12/07(木) 16:29:41.05

新手のイカサマじゃないのか？ｗ

**名無しのひみつ** · 2017/12/07(木) 16:34:20.03

当たり前だろと思って>>1を見たら数が半端なかったｗ

**名無しのひみつ** · 2017/12/07(木) 16:37:43.68

>>48
ワロタw

**名無しのひみつ** · 2017/12/07(木) 16:39:14.92

神はサイコロをふらない

**名無しのひみつ** · 2017/12/07(木) 18:09:56.72

>>176
低エネルギー状態への推移でエントロピーは関係ない。
重力による落下も、位置エネルギーが落下した方が低いから。

**名無しのひみつ** · 2017/12/07(木) 18:35:39.71

それより
驚いてるのは
そろばんの玉とか
数珠玉やビーズ玉
がたくさん入った回転ボールに
針金差し込むと
玉が見事に
針金に入っていくんだって
やったことないけど

**名無しのひみつ** · 2017/12/07(木) 22:51:42.33

>>48
素晴らしい発想

**名無しのひみつ** · 2017/12/08(金) 12:49:16.83

　

＞左右に回し

意味が分からん。

　

**名無しのひみつ** · 2017/12/08(金) 12:59:31.17

チリが集まって整然とした太陽系ができるようなものかな

**名無しのひみつ** · 2017/12/08(金) 13:09:21.04

>>182
マカロニサラダを作ったことがないの？

**名無しのひみつ** · 2017/12/08(金) 13:20:14.90

江戸時代の博徒でも知ってるよ

**名無しのひみつ** · 2017/12/08(金) 13:22:18.58

今度、大きいのと小さい（４分の１）のを混ぜてやってみて

**名無しのひみつ** · 2017/12/08(金) 13:51:57.20

こんなんみんな知ってただろ(´・ω・`)

**名無しのひみつ** · 2017/12/08(金) 14:51:48.47

これ、当たり前じゃないからな。
アタマ悪いヤツほどそう思える。

**名無しのひみつ** · 2017/12/08(金) 15:07:13.76

＞5
で終わってた

**名無しのひみつ** · 2017/12/09(土) 00:02:10.13

>>23
ワロタ

**名無しのひみつ** · 2017/12/10(日) 16:24:25.20

エントロピーは減少してるって言うけど
整列させるために膨大なエネルギー使ってるわけじゃん
結果的にエントロピーは増大してるじゃん

**名無しのひみつ** · 2017/12/10(日) 16:42:45.11

https://light.dotup.org/uploda/light.dotup.org498170.jpg

**名無しのひみつ** · 2017/12/10(日) 19:08:43.57

>>193
その通り。
サイコロだけ見ればエントロピー減少だけど全系で見れば増大。
ガチャガチャ鳴るだろうからエネルギーは音にも逃げるし摩擦熱にも逃げるから。
そういう全系のエネルギーロスを最小化しようとしてサイコロが揃ってる(最小作用原理)。

**名無しのひみつ** · 2017/12/10(日) 19:56:25.52

これただの焼きなまし法だろ。

**名無しのひみつ** · 2017/12/10(日) 20:16:41.40

むしろこれをどうやって数学で表現するかが大変なんだと思いました
私はこの問題を今のところ解けないです

**名無しのひみつ** · 2017/12/12(火) 23:12:11.28

これ円筒関係ないよな…

**名無しのひみつ** · 2017/12/13(水) 01:04:57.40

>>160
具体例キボンヌ。
ただし、重力（万有引力）と量子力学の解釈と生命起源、以外で。

**名無しのひみつ** · 2017/12/13(水) 10:14:02.79

設置面積が大きいほうが安定するし
当たり前やん

**名無しのひみつ** · 2017/12/13(水) 11:15:39.66

>>199
後出しみっともない

**名無しのひみつ** · 2017/12/13(水) 12:01:03.96

これ売り出して部屋に置いといたら一日中見てられそう

**名無しのひみつ** · 2017/12/14(木) 01:49:01.20

円心分離機

**名無しのひみつ** · 2017/12/14(木) 09:58:36.64

ピラミッドの石積もこのやり方だろうね

**名無しのひみつ** · 2017/12/24(日) 11:13:13.10

>>204
なるほど(・∀・) ！

**名無しのひみつ** · 2017/12/25(月) 19:14:48.09

>>13
俺もてっきり目まで揃うのかと思って開いたわ

**名無しのひみつ** · 2018/01/15(月) 04:52:32.03

当たり前と言ってる馬鹿ってほんと科学を理解してないよな
>>206
目だって揃うよ当たり前だろ

お前ら馬鹿が言ってるのはそういうことだよ
いつかは全ての目がそろう瞬間だってあるだろう
違うか？ん？

**名無しのひみつ** · 2018/01/15(月) 13:15:08.19

すまんこれの何が凄いの？
6の目が全部同じ方向に向くとかなら凄いと思うけどさ・・

**名無しのひみつ** · 2018/01/18(木) 03:57:22.82

>>208
馬鹿には関係のない話だよ

**名無しのひみつ** · 2018/01/18(木) 04:03:49.71

>>184
>>1
＞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、
これ読んでも？

**名無しのひみつ** · 2018/01/18(木) 11:10:55.89

もっといびつなものでやってほしい
立体ダイヤモンドとか

**名無しのひみつ** · 2018/01/18(木) 11:16:29.84

>>208
実際つまらん研究だよ。

**名無しのひみつ** · 2018/01/18(木) 15:18:03.58

この原理を使えば、
宇宙空間に建設するコロニーも外枠作って、
回転させておけば、
地面の整地とか塗装が楽にできるんじゃね？
細かい穴が開いたときとかに、穴を自動で塞いだり。

**名無しのひみつ** · 2018/01/18(木) 22:04:08.70

重量関係ないの？

**名無しのひみつ** · 2018/01/20(土) 20:13:24.11

遠心力が回転する円筒の内面に押しつけるかたちになると、サイコロの上面が
円筒形の上方向、サイコロの下の面が円筒形の下方向になるのが一番安定した
状態になる。
このとき、サイコロの円柱の内面に接してる面の左右のエッジは円柱内面に密着
している。

上の条件と遠心力ですべてのサイコロが内面に張り付く形になるので最終的に
すべて整列されるってことなんじゃないかな。