ブラジル ナッツ効果、または振動する粒状物質のサイズ依存分離は、粒状の対流とパーコレーションの結果として発生します。
あなたの「ミックスナッツ」の瓶が常に「混ぜられている」とは限らないことに気づきましたか?
たとえば、トレイル ミックスの缶詰の場合、ブラジル ナッツやアーモンドなどの大きなナッツは常に上部にあり、ピーナッツや亜麻の種子などの小さなナッツは定期的に底に落ちます。
瓶を振って均一に混ぜようとすると、事態はさらに悪化します。振ると、さらに多くのブラジル ナッツが上に上がってくるのが見えますが、なぜこれが起こるのでしょうか?
なぜ大きなナッツは常に上に上がるのですか? (写真提供:Elena Veselova/Shutterstock)
ブラジルナッツ効果
上昇するブラジル ナッツのおかげで、この粒子分離現象 「ブラジル ナッツ効果」として一般的に知られています。 .
この効果はブラジルナッツに限ったことではありません。シリアルの箱からチップスのパケットまで、さまざまなサイズのアイテム全体でブラジル ナッツ効果が発揮されていることがわかります。
この効果は、より大きくて重い物体が与えられた空間の底に沈むという私たちの論理的信念と矛盾しているようです.
ブラジルナッツ効果の本当の原因は?
大きなチャンクがトップに上がるのはなぜですか?
ミューズリーやシリアルなどの混合物の何が特別なのですか?
- まず、これらの混合物はすべて粒状材料のカテゴリに分類されます .
- 2 つ、全員が激しい揺れを受けます 輸送時の押し合い。
ブラジルナッツ効果は通常、粒状物質が重力による加速よりも大きな加速を受けるときに発生します。
簡単に言えば、粒子は重力に打ち勝って跳ね返るために激しく揺れなければなりません。
これは、荷物がでこぼこの乗り物、食料品のカート、バックパックの旅行を通じて世界中を移動するときに常に発生します.
粒子が跳ね回り始めると、「それらを整理する」ためにいくつかのメカニズムが働きます。この現象に影響を与える最も重要なメカニズムについて説明しましょう。
粒状対流
激しく振ると、対流と呼ばれるものが発生します 粒状物質内で発達します。
対流は、高温流体の上昇と低温流体の沈下が流体運動のループをもたらすプロセスです。
対流は、暖かい空気が上昇し、冷たい空気が沈むときに形成されます (写真提供:BlueRingMedia/Shutterstock)
しかし、粒状物質はどのようにしてそのような振る舞いを示すのでしょうか?
うーん、粒状の素材って変ですよね。個々の顆粒は基本的に固体ですが、バルクでは、これらの材料は液体と気体の特性を示します。
注がれると、穀物は液体のようになります (写真提供者:Vlad Antonov/Shutterstock)
粒状の材料を振ると、容器の壁に近い粒子は中心にある粒子よりも摩擦が大きくなります。その結果、壁に近い粒子は押し下げられ、中心にある粒子は上昇します。この絶え間ない動きにより、ゆっくりと粒状の対流ループが形成されます。
ブラジルナッツの効果 (写真提供:Gsrdzl/Wikimedia commons)
これらの対流について注目に値するのは、アセンダントの中央チャンネルが広く、 一方、下向きのサイド チャネルは狭い （ソース）。したがって、より大きな粒子は広い上向きのチャネルを通って容易に上昇することができますが、収縮した側のチャネルを通って滑り落ちるのは困難です.その結果、大きな粒子が表面にくっつきます。揺れが続くと、より大きな粒が混合物の上部に現れます。
したがって、通常の対流で熱い空気が上昇し、冷たい空気が沈むのと同じように。粒子対流では、大きな粒子が上昇し、小さな粒子が沈みます。
パーコレーション
ブラジル ナッツ効果に関与するもう 1 つの顕著なメカニズムは、粒状浸透です。 .
このメカニズムはかなり単純です。粒子がぶつかり合うと、小さな粒子が大きな粒子によってできた隙間を埋め、大きな粒子を押し上げます。このプロセスは時間の経過とともに続くため、より大きな顆粒が徐々に表面に到達します.
パンくずは常に一番下になります (写真提供:Olivka888/Shutterstock)
この効果は、容器の壁によって引き起こされる摩擦が対流を誘発するほど強くない場合に顕著になります。
ブラジルナッツ効果を逆転させることはできますか?
私たちは皆、人生のある時点でブラジル ナッツ効果を逆転させようとしました。おそらく、激しく振ったり、ひっくり返したり、その他いろいろ試してみましたが、この効果を逆転させるのはそれほど簡単ではありません.
実際には、粒状分離は非常に複雑な現象であり、その背後には多くの要因が働いています。
粒状粒子の配置は、粒子サイズ、粒子形状、摩擦、密度、容器の形状、容器の壁、振動の強さなどによって異なります。
これらの要因のいくつかを操作することで、並べ替えパターンを逆にすることができますが、いくつかの大きな変更なしに完全にリセットすることはほとんど不可能です.
たとえば、容器の形状を円筒形から円錐形に変更すると、ブラジル ナッツ効果が逆転する可能性があります。円錐形の容器でナッツミックスを振ると、大きなナッツが底に沈み、小さなナッツが上に上がるのがわかります.これは、円錐皿では対流の方向が逆になるためです。
ブラジルナッツ効果を逆転させたいですか？あなたの瓶を切り替えてください！ (写真提供:Gsrdzl/Wikimedia commons)
まとめ
このように、ブラジルナッツ効果は、どんなに強く振っても、スナックを均等に混ぜ合わせることができない理由です.これが、ポップコーンの粒が容器の底にたまる理由です。
それはまた、より大きな岩石が川床の表面に沈着する理由でもあり、小惑星がそのように見える理由でもあります…
…しかし、それについては後で詳しく説明します。
今のところ、ナッツやミューズリーのパックを「混ぜる」ことを期待して振ると、実際には正確に 反対 になることを覚えておいてください。
