¿Por qué los trozos más grandes siempre terminan arriba en un tarro de bocadillos? » ABC de la ciencia

El Efecto de la Nuez de Brasil, o Segregación Dependiente del Tamaño de la Materia Granular Vibratoria, ocurre como resultado de la convección y percolación granular.

¿Has notado que tu tarro de ‘Nueces Mixtas’ no siempre es tan ‘mixto’?

Por ejemplo, en una lata de mezcla de frutos secos, siempre encontrará nueces más grandes, como nueces de Brasil o almendras, en la parte superior, mientras que las más pequeñas, como maní o semillas de lino, generalmente terminan en la parte inferior.

Si intenta agitar el frasco para mezclarlos de manera más uniforme, las cosas empeoran aún más. Al agitar, verás que aún más nueces de Brasil suben a la superficie… pero ¿por qué sucede esto?

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¿Por qué las nueces más grandes siempre suben a la cima? (Crédito de la foto: Elena Veselova/Shutterstock)

El efecto nuez de Brasil

Gracias a las nueces de Brasil ascendentes, este fenómeno de segregación de partículas es comúnmente conocido como el “El efecto nuez de Brasil”.

Este efecto no solo se limita a las nueces de Brasil. Desde cajas de cereal hasta paquetes de papas fritas, podemos ver el Efecto Nuez de Brasil en acción en artículos de diferentes tamaños.

CUANDO AGITAS EL TARRO DE BOCADILLOS meme

Este efecto parece contradecir nuestra creencia lógica de que los objetos más grandes y pesados ​​se hunden hasta el fondo de un espacio determinado.

¿Qué causa realmente el Efecto Nuez de Brasil?

¿Por qué los trozos más grandes suben a la cima?

¿Qué tienen de especial las mezclas como el muesli o los cereales?

  • Uno, todas estas mezclas entran en la categoría de materiales granulares.
  • Dos, todos se someten a intensos sacudida y empujones cuando se transporta.

El efecto de nuez de Brasil generalmente ocurre cuando los materiales granulares experimentan una aceleración mayor que su aceleración debido a la gravedad.

En palabras más simples, las partículas deben someterse a una agitación vigorosa para vencer la gravedad y rebotar.

Esto sucede todo el tiempo cuando los paquetes viajan alrededor del mundo a través de viajes llenos de baches, carritos de supermercado y viajes con mochila.

Una vez que las partículas comienzan a rebotar, entran en juego varios mecanismos para “clasificarlas”. Vamos a discutir los mecanismos más importantes que afectan este fenómeno.

Convección granular

Cuando se agita vigorosamente, algo llamado corrientes de convección desarrollarse dentro de un material granular.

La convección es el proceso en el que el ascenso de fluidos calientes y el descenso de fluidos fríos dan como resultado un bucle de movimiento de fluidos.

Diagrama que muestra la ilustración del proceso de convección

Las corrientes de convección se forman a medida que el aire caliente asciende y el aire frío desciende (Crédito de la foto: BlueRingMedia/Shutterstock)

Pero, ¿cómo demuestra tal comportamiento la materia granular?

Bueno, los materiales granulares son raros. Aunque los gránulos individuales son básicamente sólidos; a granel, estos materiales exhiben propiedades de líquidos y gases.

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Cuando se vierten, los granos parecen líquidos (Crédito de la foto: Vlad Antonov/Shutterstock)

Cuando agitamos materiales granulares, los granos más cercanos a las paredes del recipiente experimentan más fricción que los del centro. Como resultado, las partículas más cercanas a las paredes son empujadas hacia abajo, mientras que las del centro se elevan. Este movimiento constante da como resultado lentamente la formación de bucles de convección granular.

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Efecto de nuez de Brasil en acción (Crédito de la foto: Gsrdzl/Wikimedia commons)

Lo que es digno de mención acerca de estas corrientes de convección es que los canales centrales ascendentes son amplio, mientras que los canales laterales hacia abajo son angosto (fuente). Por lo tanto, las partículas más grandes pueden ascender fácilmente a través de los amplios canales ascendentes, pero les resulta difícil deslizarse hacia abajo a través de los estrechos canales laterales. Como resultado, las partículas más grandes quedan atrapadas en la superficie. A medida que continúa la agitación, más y más granos grandes aparecen en la parte superior de la mezcla.

Así, al igual que el aire caliente sube y el aire frío se hunde en la convección regular; los gránulos más grandes suben y los más pequeños se hunden en la convección granular.

Filtración

Otro mecanismo prominente involucrado en el efecto de la nuez de Brasil es percolación granular.

Este mecanismo es bastante simple. Cuando las partículas se mueven, las partículas más pequeñas ocupan los espacios creados por las más grandes y, a su vez, empujan a las más grandes hacia arriba. Este proceso continúa con el tiempo, por lo que los gránulos más grandes alcanzan gradualmente la superficie.

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Las migajas siempre terminan en el fondo (Crédito de la foto: Olivka888/Shutterstock)

Este efecto es predominante cuando la fricción causada por las paredes del recipiente no es lo suficientemente fuerte como para inducir corrientes de convección.

¿Podemos revertir el efecto de la nuez de Brasil?

Todos hemos intentado revertir el efecto de la nuez de Brasil en algún momento de nuestras vidas, tal vez experimentando con sacudidas vigorosas, volteadas y demás, pero revertir este efecto no es tan fácil.

La segregación granular, en realidad, es un fenómeno súper complejo con muchos factores detrás.

La disposición de las partículas granulares depende del tamaño de la partícula, la forma de la partícula, la fricción, la densidad, la forma del recipiente, las paredes del recipiente y la fuerza de la vibración, solo por nombrar algunos.

La manipulación de algunos de estos factores puede ayudarnos a revertir el patrón de clasificación, pero un reinicio completo es casi imposible sin algunos cambios importantes.

Por ejemplo, cambiar la forma del recipiente de cilíndrico a cónico puede revertir el efecto de la nuez de Brasil. Si agitas la mezcla de nueces en un recipiente en forma de cono, observarás que las nueces más grandes se asientan en el fondo mientras que las más pequeñas suben a la parte superior. Esto se debe a que la dirección de las corrientes de convección se invierte en un plato cónico.

Dirección de convección granular

¿Quieres revertir el efecto de nuez de Brasil? ¡Cambia tu tarro! (Crédito de la foto: Gsrdzl/Wikimedia commons)

En una palabra

Por lo tanto, el efecto de la nuez de Brasil es la razón por la que no logra mezclar sus refrigerios de manera uniforme, sin importar cuán fuerte los agite. Es la razón por la cual los granos de palomitas de maíz terminan en el fondo del recipiente.

También es la razón por la que las rocas más grandes se asientan en la superficie de los lechos de los ríos y por la que los asteroides tienen el aspecto que tienen…

…Pero más de eso después.

Por ahora, tenga en cuenta que cuando agita un paquete de nueces o muesli con la esperanza de ‘mezclarlo’, de hecho, está logrando exactamente el resultado opuesto.

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