剑桥大学
信用:CC0公共领域
剑桥的科学家利用缩小的实验室模型展示了沙丘是如何在景观中移动的，揭示了决定它们是会穿过道路上的障碍——比如管道或墙壁——还是会被阻挡在它们的轨道上的条件
该团队的实验展示了不同大小和形状的模拟障碍物，实验表明大型障碍物在阻止沙丘移动方面最有效，尤其是当它们是山脊状的，像墙一样，而不是光滑的圆柱形，像管道一样
该模型发表在《物理评论流体》上，是第一个描述沙丘和障碍物之间相互作用的模型
通过分析在障碍物存在的情况下水流是如何偏转的，他们还开发了一种高效的数据驱动工具，旨在预测沙丘将如何与其周围环境相互作用
这项研究可能有助于设计更有效的屏障，例如，可以阻止沙丘侵入农田
它还可以用来保护沙丘及其独特的生态系统免受破坏
“移动沙丘直接影响人们及其生计；研究报告的主要作者凯罗尔·巴西克说，他是以博士身份进行这些实验的
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剑桥应用数学和理论物理系的学生
“通过揭示沙丘-障碍物相互作用背后的物理学原理，这项工作为我们提供了改变或停止沙丘所需的指导原则——减轻损害
" 随着沙漠的不断扩张，沙丘对建筑环境构成了越来越大的风险:它们吞没了土地，吞噬了道路和房屋
类似地，海底的沙丘会阻塞航线，甚至危及水下电缆和管道的安全
但是在某些地方，沙丘最好尽快穿过障碍物，而不是停止沙丘的移动
以管道为例，如果在固定沙丘的重压下埋得太久，管道会被损坏
Bacik的工作展示了如何选择不同设计的障碍物来适应期望的结果，“如果你想让沙丘通过，就让障碍物尽可能平滑和圆润——如果你想停下来，就让它尽可能锋利，”Bacik说
这项研究是Nathalie Vriend的一系列实验之一，Nathalie Vriend是剑桥英国石油公司多相流研究所、地球科学部和DAMTP的联合研究人员，他一直在领导实验，以了解为什么沙丘会像它们一样移动
“沙子很迷人:从你手里倒一些，它就像液体一样流动…
然后，当它着陆时，它会成为一个坚实的堆积物，”她说
“但是把它抛向空中，它就像气体一样飘动
这种在不同状态之间变化的能力使得模拟沙子如何移动成为一个真正的挑战
" 该团队制作了一个环形罐来容纳他们的沙丘，沙丘可以像“旋转木马”一样绕圈行进
通过将沙丘浸没在水中，并用桨扰动水流，他们能够重建水流如何移动沙丘
然后他们在移动的沙丘的路径上放置不同大小和形状的障碍物来观察它们的效果
“我们可以看到沙丘就在我们面前移动的证据，但令人着迷的是，它们的移动完全是由于水流或风模式的隐藏流动，”Bacik说，“除非你使用可视化技术，否则你看不到湍流的卷曲尾巴……只有这样，一旦你做了流体分析，你才能真正理解为什么沙丘会像它们一样移动。”
" 研究人员的最终目标是，除了探索沙漠中发现的被风吹动的沙丘之外，还要在更复杂和真实的三维景观中模拟沙丘的运动
理想情况下，他们希望能够在地图上精确定位位置，输入天气、气流或水流信息，并预测沙丘是否会越过特定的障碍物
尽管这些数值模拟会更复杂，但他们的新实验为继续探索提供了重要的验证基准
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