【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
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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/ トントン叩いて振動を加えず単にtwist(左右に回転)するだけで揃い、しかも早く揃うということらしい 出目に規則性があるのかと思ったら、ただ隙間なく並ぶってことか？
んなの当り前な話じゃないのか？ いまさら何を
博打でやるじゃん
サイコロ
綺麗に５個
縦に乗るよ
一旦平面同士で接して縦に揃ったら
その回転の力では崩れないように加減されてるんだろ
なんつーか、わざわざ実験するまでのことか？ >>80
でもこれで目が揃っちゃうサイコロは重さに偏りがある不良品かも？ 「一定の力で左右に回しつづける」という操作がよく分からんなぁ。
回転方向を変えるときに力の向きを逆にせにゃならんから、
一定の力ではありえないと思うんだけど。
あと、実用的には一定方向に回転させながら、
筒を外からトントン叩く方が楽じゃないかな。 レジ金数えるときに小銭を両手で包んでシャカシャカするとキレイに揃うのと同じか 工場ラインでクッキ一をチョコレート型に収めるのに、型を揺らしてたりしてる これって、日本の小学生が夏休みの研究で発表して
全国で金賞をとれる程度の研究なの？？？？？？？？？？？？
ちなみに俺は地区の賞をとったことがある 5mmかよ
10mmでもやれよ
20mmでもね
スケール不変性が成り立っているのかね？ >>1
箱の中に時計の部品を入れて、一定の力で左右に振れば時計が完成するしね。 >>83
サイコロが隙間なく並んでそれ以上は動けなくなってるわけだから
この状態のエントロピーは低いよ
低エネルギーで安定した状態というべき
その状態にもっていくために外部から力（回す運動）を加えたわけだ
液体の水と固体の氷では固体のほうが低エントロピーだけど
冷蔵庫で冷やすという外力を加えれば
高エントロピーの水を低エントロピーの氷に変えることができる
それと同じこと >>83
てことは、煩雑さが増大している最中に均衡する可能性があると？ 水の中で分子が規則的に連結して氷の結晶が出来るなんてのも、
ミクロに観察できるなら、これと似た感じに見えるはず。 Ｄ６は角が丸いからな
Ｄ４やＤ８、Ｄ２０やＤ１００（イゼルローン）でもやってみてよ これの大事な点は回す時の速度で整列する時間が大幅に変わるってことだろ？
少ない時間、少ないエネルギーで効率良く揃える方法が存在するって話じゃん
揃うかどうかは誰にでも分かるでしょ >>1
てめぇイカサマやりやがって！ 鉄火場の掟として殺されても文句無しだぜ！ これだけのサイコロを用意した事にビックリ(ﾟдﾟ)！ これに人工知能とセンサーと回転軸角度調整するアクチュエータを付加して駆使すればサイコロの目揃える操作は理論的には可能なのかなぁ？ すげええええええええええ
ttp://image.news.livedoor.com/newsimage/stf/2/f/2fd62_88_b09b8ea788cbd6ae3031a2355baf99b9.jpg >>139
あ、こういう次元で整列するのか。てっきり、お茶の筒のなかに数個のサイコロを入れて
振ったら綺麗な直線になりました的なことだと思った。これはなにか工業的に応用できそうだね。 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？ エントロピー増大法則って「基本ほっといたらバラバラになるよ」って理解してたんだが間違ってるんだろか
これは明らかに外から力加えてて全然ほっといてないから、低エントロピーな整列状態になるって事で、
>>83みたいな話が出るの不思議だなって >>145
まちがってないよ
>>83があほなだけ これができたら100万円でやってたな、ファイブダイス 何か成し遂げるにはチンタラやったら終わらんことが証明されたな >>151
最大効率が存在するってことも証明されたな 立方体のサイコロ通しの面と面がぴったりとふれあうと、角で面と接触しているのに比べて
その二つの立方体は、ひとかたまりとして振る舞う傾向を強める。
そうやってクラスターがしだいに成長する傾向を見せるのだろう。 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 >>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？ >>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 >>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。 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 >>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 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。 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 >>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 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 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 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？ 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 >>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 当たり前だろと思って>>1を見たら数が半端なかったｗ >>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。 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 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 今度、大きいのと小さい（４分の１）のを混ぜてやってみて 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。 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 >>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)。 ■ このスレッドは過去ログ倉庫に格納されています
