关键概念
物理
流体
固体
尺寸
密度
简介
你有没有试过倒出篮子里的沙子，或者倒出盒子里的麦片？是不是发现它们像水一样流出？这是因为沙子和麦片都是颗粒状物料。也就是说，它们是固体颗粒做成的，但是却像液体一样流动！Skittles、M&M’s、Nerds和许多其他牌子的糖果也都是颗粒状物料。在这次科学实验中，你们将会分析颗粒状物料的尺寸和形状会怎么样影响它们的流动。还有，想想有什么比糖果更适合做这个实验。那么，准备好你的万圣节糖果，来做点科学实验吧。
背景
由许多独立的小微粒构成的固体物质（比如沙子），被称作颗粒状物质，各个小颗粒被称作颗粒。颗粒状物质的尺寸涵盖小的粉末（如糖和面粉）到大的物体（如岩石和卵石）。注意“颗粒”这个词不只是常见的东西，如沙子或米饭，它可以是任何颗粒状材料。
当许多的颗粒紧紧地凑在一起时，才会像流体一样运动。比如，单独一颗卵石从山上滚下来时不像液体一样，但是山崩时成千上万个卵石和灰尘颗粒却像液体一样从山上流淌下来。当颗粒状物体像液体一样流动时，被称作颗粒流。颗粒流对于糖果、麦片和药丸等的工业装瓶或装袋过程非常重要。在这些工厂中，颗粒状物体从一个大容器中流出，进入一个漏斗。为了往每个瓶子或者袋子中放入准确的数量，工程师们需要知道漏斗中颗粒流的速率。
材料
干净的塑料水瓶，500毫升(1品脱)
剪刀
尺子
量杯（最好有刻度和尖嘴）
成人帮手
中等或较大的碗
至少三种类型的糖果，大小不一，比如Nerds, Junior Mints和M&M's。每种糖果准备至少一杯。（作为替代，可以用其他小的固体颗粒。为了有最好的实验结果，最好选择表面纹理相似的糖果，避免选择中间有孔或者膨化的糖果，因为它们质量很轻。）
一张纸、铅笔或钢笔
计时表
计算器
准备
让成年助手准备瓶子，当做漏斗。需要小心地裁掉瓶子的底部和顶部（尽量沿着边际裁），直到开口直径大约有3.3厘米宽。
步骤
选择尺寸最大的糖果，量出至少一杯。糖果越多，效果会越好。你具体量出了多少杯糖果？把数字记在一张纸上。
把你裁剪好的瓶子翻转倒放。让助手握住漏斗悬在碗的上方，并用手堵住3.3厘米宽的开口。然后，把所有的糖果从漏斗的顶端倒进去，确保没有任何糖果从低端掉下去。
准备好计时表，让助手移走他们的手，轻轻地摇晃瓶子。记一下，需要多长时间才能让所有的材料通过漏斗掉入碗中。当所有糖果离开漏斗，共用了多长时间？把这个时间记到纸上。
提示：如果材料在漏斗中会堵住，让成人助手把瓶口弄大一点。此外，确保助手在糖果流动的整个过程，轻轻地摇晃瓶子。
计算糖果的体积流率。用体积除以总流动时间，可以得到这个值。例如，如果你用一杯M&M's糖果，并花了2秒钟，让它们从漏斗全部流出，体积流率应该是0.5杯每秒。你用的糖果的体积流率是多少？
也许，你想对同一种糖果进行多次尝试，来看看你的结果有多精确。最好确保每次漏斗与碗的距离相同，并且用同样的方式摇晃漏斗。
用两种不同尺寸的糖果重复整个过程。它们的体积流率是多少？
总体来说，体积流率和糖果的尺寸有关系吗？你是不是觉得其他因素，比如表面纹理和形状，也会影响体积流率？
扩展：在这个实验中，你发现尺寸会影响体积流率。但是除此之外，还有许多其他影响因素。为了进行进一步的分析，你可以选含不同表面纹理的材料（例如光滑的与粗糙的进行对比）或者形状不同的材料，比如圆锥形的玉米糖和球形麦芽球。这些因素是怎么影响材料的体积流率的？
扩展：在重复实验的时候，除了体积流率，你还可以测量质量流率。你需要给样品称重（或者计算重量），而不是用量杯测量。体积流率跟质量流率进行比较，会有什么发现？
扩展：你可以分析每种材料的容重。容重是颗粒状材料总体积的质量（包括空隙里的空气）。堆积密度与体积流率（或质量流率）有什么关系吗？
观察与结果
总体来说，是不是小的糖果比大的糖果有更快的体积流率？
因为颗粒流率非常复杂，难以精确计算；受到大量因素的影响，包括颗粒的表面纹理、单个颗粒的密度和一组颗粒的密度、尺寸、形状和漏斗的开口形状等。为了单独分析颗粒尺寸的影响，你选取的糖果必须具有相似的表面纹理，避免用非常轻的糖果。在这些条件下，你会发现，尺寸小点的糖果，比如Nerds，一般具有较大的体积流率，相对于较大的糖果，比如Junior Mints。如果你也分析了糖果容重的影响（总体积下的质量，包括空气，比如克每毫米或克每立方分米），你也会发现流率与容重正相关。（也就是说，颗粒的容重越大，流率越大。）
（翻译 刘夏）
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