Problemlösung: Neue Studie beleuchtet mehr die „Wirkung von Paranüssen“

Öffnen Sie eine Dose mit gemischten Nüssen, und Sie werden einen Haufen Paranüsse auf dem Stapel finden – ob das eine gute oder eine schlechte Sache ist, hängt davon ab, wie Sie sich über die Paranüsse fühlen. Es ist ein weit verbreitetes Phänomen, das als „Paranuss-Effekt“ bekannt ist (obwohl die Mischung aus Müsli auch die gleiche Dynamik aufweist Granulat Lamm). Jetzt, auf dem Video zum ersten Mal, hat ein Team von Wissenschaftlern der Universität von Manchester in England die komplexe Dynamik erfasst, die die Wirkung der Paranüsse verursacht, so Neues Papier Veröffentlicht in wissenschaftlichen Berichten.

Aus physikalischer Sicht sind diese gemischten Nüsse ein Beispiel für ein körniges Material wie einen Sandhaufen. ich Bücher in Gizmodo Im Jahr 2016 waren Perkolation und Konvektion die Hauptmechanismen für die Wirkung der Paranüsse. Durch Filtration bewegen sich die kleineren Partikel durch die größeren Körner zum Boden des Hügels, während die Konvektion die größeren Partikel nach oben drückt. Erschwerend kommt hinzu, dass die Schwerkraft, der Zug jedes Korns sowie die Tatsache, dass jedes Korn einzeln gegen alle anderen Körner im Behälter ringt und Reibung und mechanische Energie erzeugt (Wärmeverlust).

Wissenschaftler wissen, dass die Größe und Form der Muttern das Ausmaß der erzeugten Reibung bestimmen und dass auch ihre Dichte eine Rolle spielt. Große Partikel, die weniger dicht sind als andere Partikel um sie herum, steigen auf und bleiben dort, ebenso wie Partikel, die dichter sind als die um sie herum. Wenn der Dichteunterschied zwischen allen Partikeln sehr gering ist, bleiben die Partikel gemischt. Der Luftdruck spielt eine Rolle, da keine Dichteabhängigkeit vorliegt, wenn sich die Partikel (oder Nüsse) im Vakuum befinden, wie dies bei der Form eines Behälters der Fall ist.

Kurz gesagt, dieses Phänomen ist etwas komplexer als es zunächst scheint, was die Physiker dazu anspornt, die Wirkung der Paranüsse weiter zu untersuchen. Es ist jedoch eine Herausforderung, zu erfassen, was mit Paranüssen passiert, während sie in einer Dose gemischt werden. Aus diesem Grund hat das Team der Universität Manchester auf eine fortschrittliche Bildgebungstechnik zurückgegriffen, die als Zeitraffer-Computertomographie bezeichnet wird, um die Bewegung all dieser Nüsse zu verfolgen, wenn sie ihren Behälter wiederholt bewegen.

Das Manchester-Team legte eine Mischung aus Erdnüssen und Paranüssen in die Schneidbox, wobei die Paranüsse zuerst unten lagen. Sie steckten die Scherbox in das Tomographiegerät und führten 181 Scans durch, während die Scherbox gemischte Nüsse mit einem Scherzyklus zwischen den Scans schüttelte, um ein Zeitraffervideo zu erstellen.

Wie erwartet durchdrangen die Erdnüsse im Laufe der Zeit die Mischung, während viele der größeren Paranüsse allmählich zunahmen. Das Manchester-Team stellte fest, dass etwa 70 Schneidzyklen der ersten Paranüsse erforderlich waren, um die oberen 10 Prozent der gemischten Nussstreu zu erreichen. Zwei weitere erreichten nach 150 Scherzyklen den gleichen Punkt, während der Rest der Paranüsse am Boden gefangen blieb.

Es stellt sich heraus, dass ein bestimmter Paranuss-Trend in der Mischung der Schlüssel zu dieser Aufwärtsbewegung ist. Muttern beginnen normalerweise in horizontaler Position und steigen erst an, wenn sie sich in Richtung der vertikalen Achse drehen. Sobald die brasilianische Nuss die Oberfläche erreicht, kehrt sie in die horizontale Position zurück.

„Unsere Studie beleuchtet die wichtige Rolle der Partikelform und -orientierung im Klassenzimmer.“ Co-Autor Barmesh Jaggar sagte. „Darüber hinaus wird diese Fähigkeit zur Verfolgung von 3D-Bewegungen den Weg für neue experimentelle Studien zu Trennmischungen ebnen und die Tür zu realistischeren Simulationen und robusten Vorhersagemodellen öffnen. Dadurch können wir Industrieanlagen besser entwerfen, um die Klassengröße auf ein Minimum zu reduzieren Dies ist für viele Branchen von entscheidender Bedeutung, um beispielsweise eine gleichmäßige Verteilung der Wirkstoffe in Arzneimitteltabletten, aber auch in der Lebensmittelverarbeitung, im Bergbau und im Bauwesen sicherzustellen. „

DOI: Wissenschaftliche Berichte, 2021. 10.1038 / s41598-021-87280-1 ((Über DOIs).

Bilderliste von Melchior / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0