破解案例：新的研究在“巴西坚果效应”中揭示了更多的光芒

打开一罐混合螺母，你有机会＆＃39; ll找到一堆巴西坚果，顶部堆 - 无论是好的还是坏的东西都取决于你对巴西坚果的感受。它＆＃39;它的常见现象＆＃39; s被称为＆＃34;巴西坚果效果＆＃34; （虽然Muesli混合也产生了相同的粒度对流动态）。现在，英格兰曼彻斯特大学的科学家团队已经捕获了一种复杂的动态，这是一篇在科学报告中发表的一篇新论文的新论文首次导致巴西坚果对视频的影响。

从物理学的角度来看，那些混合螺母是颗粒材料的一个例子，如砂桩。正如我在2016年在Gizmodo写下的那样，巴西坚果效应背后的主要机制是渗透和对流。渗滤使较小的晶粒通过较大的谷物移动到桩的底部，而对流将较大的谷物推向顶部。复杂的事情是重力，拉下每种谷物，以及每种单独的谷物都在容器中的所有其他谷物中，产生摩擦和机械能（作为热量丢失）。

科学家知道坚果的尺寸和形状决定了产生的摩擦程度，它们的密度也起到了作用。较少的大颗粒比它们周围的其他颗粒更少地升到顶部并留在那里，与那些密集的颗粒比它们周围的颗粒更密集。如果所有颗粒之间的密度差太小，则颗粒将保持混合。空气压力起作用，由于粒子（或螺母）处于真空中，所以依赖于密度依赖性的作用。作为容器的形状，如图所示。

简而言之，这种现象比最初似乎更复杂，这激励物理学家继续研究巴西坚果效果。但是捕捉到巴西坚果的时候捕获什么，因为它们在罐中混合是一个挑战。曼彻斯特大学曼彻斯特大学转向先进的成像技术，称为延时X射线电脑断层扫描，以遵循所有那些时髦的螺母，因为他们的容器反复搅拌。

曼彻斯特团队将花生和巴西坚果的混合物放在剪切箱内，初始在底部的巴西坚果。它们将剪切箱放在CT机器内，并随着剪切盒震动混合螺母，在每次扫描之间具有一个剪切周期，进行181次扫描，以创建时间流逝视频。

正如预期的那样，随着时间的推移，花生在混合物中渗透下来，而几个较大的巴西坚果逐渐上升。曼彻斯特团队发现第一个巴西坚果花了大约70个剪切周期，以达到混合坚果床的前10％。在150剪切循环后，两个越来越多的点，而巴西坚果的其余部分仍然被困在底部。

事实证明，混合中给定巴西螺母的定向是向上移动的关键。螺母通常在水平位置开始，并且它们赢得＆＃39; t开始上升到顶部，直到它们朝向垂直轴旋转。一旦巴西螺母到达表面，它将恢复到水平位置。

＆＃34;我们的研究突出了粒子形状和取向在隔离中的重要作用，＆＃34; 该联合作者Parmesh Gajjar表示。 ＆＃34;此外，这种跟踪3D运动的能力将为隔离混合物的新实验研究铺平道路，并将打开大门以更加现实的模拟和强大的预测模型。 这将使我们能够更好地设计工业设备，以尽量减少尺寸隔离，从而导致更均匀的混合物。 例如，这对许多行业至关重要，确保了药片中活性成分的均匀分布，也可以在食品加工，采矿和建筑中分布。＆＃34;