Γιατί τα μεγαλύτερα κομμάτια καταλήγουν πάντα στην κορυφή σε ένα βάζο σνακ;

Το φαινόμενο του καρυδιού Βραζιλίας ή ο εξαρτώμενος από το μέγεθος διαχωρισμός της δονούμενης κοκκώδους ύλης εμφανίζεται ως αποτέλεσμα της κοκκώδους μεταφοράς και της διήθησης.

Έχετε παρατηρήσει ότι το βάζο σας με «Mixed Nuts» δεν είναι πάντα τόσο «αναμεμιγμένο»;

Για παράδειγμα, σε μια κονσέρβα μείγματος trail, θα βρείτε πάντα μεγαλύτερους ξηρούς καρπούς, όπως καρύδια Βραζιλίας ή αμύγδαλα στην κορυφή, ενώ οι μικρότεροι όπως τα φιστίκια ή οι σπόροι λιναριού καταλήγουν τακτικά στο κάτω μέρος.

Αν προσπαθήσετε να ανακινήσετε το βάζο για να τα ανακατέψετε πιο ομοιόμορφα, τα πράγματα γίνονται ακόμα χειρότερα. Με το κούνημα, θα δείτε ακόμη περισσότερα βραζιλιάνικα καρύδια να ανεβαίνουν στην κορυφή… αλλά γιατί συμβαίνει αυτό;

Γιατί τα μεγαλύτερα καρύδια ανεβαίνουν πάντα στην κορυφή; (Photo Credit :Elena Veselova/Shutterstock)

Το εφέ των καρυδιών της Βραζιλίας

Χάρη στα ανερχόμενα καρύδια Βραζιλίας, αυτό το φαινόμενο του διαχωρισμού σωματιδίων είναι ευρέως γνωστό ως "Το φαινόμενο των καρυδιών της Βραζιλίας" .

Αυτό το αποτέλεσμα δεν περιορίζεται μόνο στα καρύδια Βραζιλίας. Από κουτιά δημητριακών μέχρι πακέτα τσιπ, μπορούμε να δούμε το Brazil Nut Effect σε δράση σε όλα τα είδη διαφορετικού μεγέθους.

Αυτό το φαινόμενο φαίνεται να έρχεται σε αντίθεση με τη λογική μας πεποίθηση ότι μεγαλύτερα και βαρύτερα αντικείμενα βυθίζονται στον πυθμένα ενός δεδομένου χώρου.

Τι πραγματικά προκαλεί το φαινόμενο Brazil Nut Effect;

Γιατί τα μεγαλύτερα κομμάτια ανεβαίνουν στην κορυφή;

Τι το ιδιαίτερο έχουν μείγματα όπως μούσλι ή δημητριακά;

• Πρώτον, όλα αυτά τα μείγματα εμπίπτουν στην κατηγορία των κοκκωδών υλικών .
• Δύο, όλοι υφίστανται έντονο κούνημα και τρέμουλο κατά τη μεταφορά.

Το φαινόμενο Brazil Nut εμφανίζεται συνήθως όταν τα κοκκώδη υλικά έχουν επιτάχυνση μεγαλύτερη από την επιτάχυνσή τους λόγω της βαρύτητας.

Με πιο απλά λόγια, τα σωματίδια πρέπει να υποστούν έντονη ανακίνηση για να υπερνικήσουν τη βαρύτητα και να αναπηδήσουν.

Αυτό συμβαίνει συνεχώς καθώς τα πακέτα ταξιδεύουν σε όλο τον κόσμο μέσω ανώμαλων βόλτων, καροτσιών παντοπωλείου και ταξιδιών με σακίδια.

Μόλις τα σωματίδια αρχίσουν να αναπηδούν, αρκετοί μηχανισμοί μπαίνουν στο παιχνίδι για να τα «ταξινομήσουν». Ας συζητήσουμε τους πιο σημαντικούς μηχανισμούς που επηρεάζουν αυτό το φαινόμενο.

Κοκκώδης μεταφορά

Όταν ανακινείται έντονα, κάτι που ονομάζεται ρεύματα μεταφοράς αναπτύσσονται μέσα σε ένα κοκκώδες υλικό.

Η μεταφορά είναι η διαδικασία κατά την οποία η άνοδος των θερμών υγρών και η βύθιση των ψυχρών υγρών έχουν ως αποτέλεσμα έναν βρόχο κίνησης ρευστού.

Τα ρεύματα μεταφοράς σχηματίζονται καθώς ο θερμός αέρας ανεβαίνει και ο κρύος αέρας βυθίζεται (Πιστωτική φωτογραφία :BlueRingMedia/Shutterstock)

Πώς όμως η κοκκώδης ύλη επιδεικνύει μια τέτοια συμπεριφορά;

Λοιπόν, τα κοκκώδη υλικά είναι περίεργα. Παρόλο που τα μεμονωμένα κοκκία είναι βασικά στερεά. χύμα, αυτά τα υλικά παρουσιάζουν ιδιότητες υγρών και αερίων.

Όταν χύνονται, οι κόκκοι μοιάζουν με υγρά (Photo Credit :Vlad Antonov/Shutterstock)

Όταν ανακινούμε τα κοκκώδη υλικά, οι κόκκοι που βρίσκονται πιο κοντά στα τοιχώματα του δοχείου παρουσιάζουν περισσότερη τριβή από εκείνους στο κέντρο. Ως αποτέλεσμα, τα σωματίδια που βρίσκονται πιο κοντά στα τοιχώματα ωθούνται προς τα κάτω, ενώ αυτά που βρίσκονται στο κέντρο ανεβαίνουν προς τα πάνω. Αυτή η σταθερή κίνηση οδηγεί αργά στο σχηματισμό κοκκωδών βρόχων μεταφοράς.

Βραζιλία Nut Effect in Action (Φωτογραφία :Gsrdzl/Wikimedia commons)

Αυτό που είναι αξιοσημείωτο για αυτά τα ρεύματα μεταφοράς είναι ότι τα ανοδικά, κεντρικά κανάλια είναι ευρεία, ενώ τα προς τα κάτω πλευρικά κανάλια είναι στενά (πηγή). Ως εκ τούτου, τα μεγαλύτερα σωματίδια μπορούν να ανέβουν εύκολα μέσα από τα φαρδιά προς τα πάνω κανάλια, αλλά δυσκολεύονται να γλιστρήσουν πίσω προς τα κάτω μέσα από τα στενά πλευρικά κανάλια. Ως αποτέλεσμα, τα μεγαλύτερα σωματίδια κολλάνε στην επιφάνεια. Καθώς το κούνημα συνεχίζεται, όλο και περισσότεροι από τους μεγαλύτερους κόκκους εμφανίζονται στην κορυφή του μείγματος.

Έτσι, ακριβώς όπως ο ζεστός αέρας ανεβαίνει και ο κρύος αέρας βυθίζεται σε κανονική συναγωγή. μεγαλύτεροι κόκκοι ανεβαίνουν και μικρότεροι βυθίζονται σε κοκκώδη μεταφορά.

Περκολασία

Ένας άλλος σημαντικός μηχανισμός που εμπλέκεται στο φαινόμενο των καρυδιών Βραζιλίας είναι η κοκκώδης διήθηση .

Αυτός ο μηχανισμός είναι αρκετά απλός. Όταν τα σωματίδια κινούνται γύρω, τα μικρότερα σωματίδια καταλαμβάνουν τα κενά που δημιουργούνται από τα μεγαλύτερα και, με τη σειρά τους, σπρώχνουν τα μεγαλύτερα προς τα πάνω. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται με την πάροδο του χρόνου, έτσι οι μεγαλύτεροι κόκκοι φτάνουν σταδιακά στην επιφάνεια.

Τα ψίχουλα καταλήγουν πάντα στο κάτω μέρος (Photo Credit :Olivka888/Shutterstock)

Αυτό το φαινόμενο είναι κυρίαρχο όταν η τριβή που προκαλείται από τα τοιχώματα του δοχείου δεν είναι αρκετά ισχυρή για να προκαλέσει ρεύματα μεταφοράς.

Μπορούμε να αντιστρέψουμε το φαινόμενο Βραζιλίας Nut;

Όλοι έχουμε προσπαθήσει να αντιστρέψουμε το εφέ των παξιμαδιών Βραζιλίας κάποια στιγμή στη ζωή μας, ίσως πειραματιζόμενοι με έντονο τίναγμα, ανατροπή και οτιδήποτε άλλο, αλλά η αντιστροφή αυτού του αποτελέσματος δεν είναι τόσο εύκολη.

Ο κοκκώδης διαχωρισμός, στην πραγματικότητα, είναι ένα υπερσύνθετο φαινόμενο με πολλούς παράγοντες να λειτουργούν πίσω από αυτό.

Η διάταξη των κοκκωδών σωματιδίων εξαρτάται από το μέγεθος των σωματιδίων, το σχήμα των σωματιδίων, την τριβή, την πυκνότητα, το σχήμα του δοχείου, τα τοιχώματα του δοχείου και τη δύναμη της δόνησης, για να αναφέρουμε μόνο μερικά.

Ο χειρισμός ορισμένων από αυτούς τους παράγοντες μπορεί να μας βοηθήσει να αντιστρέψουμε το μοτίβο ταξινόμησης, αλλά η πλήρης επαναφορά είναι σχεδόν αδύνατη χωρίς κάποιες σημαντικές αλλαγές.

Για παράδειγμα, η αλλαγή του σχήματος του δοχείου από κυλινδρικό σε κωνικό μπορεί να αντιστρέψει το φαινόμενο των παξιμαδιών Βραζιλίας. Αν ανακινήσετε το μείγμα ξηρών καρπών σε ένα δοχείο σε σχήμα κώνου, θα παρατηρήσετε ότι οι μεγαλύτεροι ξηροί καρποί κατακάθονται στο κάτω μέρος ενώ οι μικρότεροι ανεβαίνουν προς τα πάνω. Αυτό συμβαίνει επειδή η κατεύθυνση των ρευμάτων μεταφοράς αντιστρέφεται σε ένα κωνικό πιάτο.

Θέλετε να αντιστρέψετε το εφέ Brazil Nut; Ανοίξτε το βάζο σας! (Φωτογραφία :Gsrdzl/Wikimedia commons)

Με λίγα λόγια

Έτσι, το Brazil Nut Effect είναι ο λόγος για τον οποίο αποτυγχάνετε να ανακατεύετε ομοιόμορφα τα σνακ σας, ανεξάρτητα από το πόσο δυνατά τα ανακινείτε. Είναι ο λόγος που οι πυρήνες του ποπ κορν καταλήγουν στο κάτω μέρος του δοχείου.

Είναι επίσης ο λόγος που μεγαλύτεροι βράχοι εγκαθίστανται στην επιφάνεια των ποταμών και γιατί οι αστεροειδείς φαίνονται όπως είναι…

…αλλά περισσότερα για αυτό αργότερα.

Προς το παρόν, απλά έχετε κατά νου ότι όταν ανακινείτε ένα πακέτο ξηρούς καρπούς ή μούσλι με την ελπίδα να το «ανακατέψετε», στην πραγματικότητα επιτυγχάνετε το ακριβώς αντίθετο αποτέλεσμα.