התופעה המעניינת שאתה מציין אותה ידועה כ "תוצא אגוזי ברזיל" (Brazil nuts effect).
כאשר יש תערובת של גרגרים בעלי צפיפות דומה אך בגדלים שונים בתוך אריזה (פולי קפה, גרנולה ועוד) ואנו מנערים אותה, הגרגרים הגדולים נוטים להצטבר בחלק העליון. תוצאה זו שונה מהאינטואיציה מכיוון שאנו היינו מצפים כי הגרגרים הכבדים והגדולים "ישקעו למטה".
השם שניתן לתופעה הוא "תוצא אגוזי ברזיל" מכיוון שבחבילה של תערובת אגוזים, הגדולים ביותר הם אגוזי ברזיל ולכן הם אלו שימצאו בראש החבילה.
יש מספר סיבות אפשריות המתארות את התופעה:
(1). כאשר אנו מנערים את החבילה נוצרים חללים רגעיים בין הגרגרים. לתוך חלק מאותם חללים נופלים גרגרים קטנים ובסיום הניעור הגרגרים הגדולים לא יכולים לחזור למיקומם ההתחלתי אלא "נדחפים" כלפי מעלה.
(2). כשמנערים את החבילה הרי שיש תנועה "מחזורית" של גרגרים - תנועה כלפי מעלה במרכז החפיסה ותנועה כלפי מטה באזור הצמוד לדפנות. מכיוון שאזור התנועה כלפי מטה מוגבל לרצועה צרה בצמוד לדפנות הרי שחלקיקים גדולים לא מסוגלים לנוע מטה ו"נלכדים" באזור העליון. בצורה זו לאחר מספר ניעורים הגרגרים הגדולים מצטברים בחלק העליון של החפיסה.
הבסיס הפיזיקאלי לשתי ההסברים זהה.
בחבילה ההתחלתית מרכז המסה של ה"מערכת" אינו מיטבי, הניעור בשילוב עם כוח הכבידה גורם למרכז המסה של המערכת לזוז כלפי מטה, דבר זה מתאפשר רק כאשר הגרגרים הגדולים נעים כלפי מעלה.
כמעט בלתי אפשרי לחזות את ההתנהגות המדויקת של התערובת מכיוון שמעורבים בעניין פרמטרים רבים ביניהם גודל הגרגרים, צפיפותם, לחץ הגזים המצויים בין החלקיקים וצורת האריזה בה מצויים הגרגרים.
מחקרים שבוצעו בשנים האחרונות מחדדים את החשיבות של הפרמטרים שהוזכרו כאן.
מחקר מסוים שבדק את "תוצא אגוזי ברזיל" הראה שאם חלקיק (א) כבד פי שניים וקוטרו פי שניים מחלקיק (ב) הרי שחלקיק (א) "יצוף" כלפי נעלה אחרי ניעור חבילה של חלקיקי (א)+(ב). אם לעומת זאת יחס המסה והקוטר בין החלקיקים יהיה פי 6 הרי שחלקיק (א) ישקע כלפי מטה (מה שקרוי "תוצא אגוזי ברזיל הפוך".
מחקר אחר שבוצע באוניברסיטת שיקגו הראה את חשיבות התווך (קרי ה"אטמוספרה") בה מצויה התערובת. מסתבר שוואקום או לחץ גזים שונה ישפיע בצורה משמעותית על תנועת הגרגרים הקטנים וכתוצאה מכך תקבע את קצב התנועה והתוצא.
למרות הרושם הראשוני שהנושא מהווה שעשוע קליל בזמן אכילת הגרנולה בארוחת הבוקר הרי שלנושא יש חשיבות רבה הן בתעשייה (הפרדת תערובות) וכן בגיאולוגיה (קרקעות), אסטרופיסיקה (הרכב ומבנה אסטרואידים) ובנושאים רבים אחרים.
מאת: ד"ר מאיר ברק
המחלקה לביולוגיה מבנית
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
