Sciencemag.cz
Doporučujeme
Efekt para ořechů (brazilských ořechů, též granulární konvekce) odpovídá jevu, kdy protřepáváme mísou různě velkých (např.) ořechů. Předměty se nakonec uspořádají tak, že ty nejmenší pokrývají dno.
Zdánlivě je to nelogické, „těžší je vespod“. Nicméně předpokládáme, že předměty mají sice různou hmotnost, ale přibližně stejnou hustotu, takže není důvod pro uspořádání těžší vespod – ale ani naopak. Obvyklé vysvětlení zní, že malé kousky propadávají mezi ty velké na dně. Pokud malé vyplní zcela prostor, velké se už mezi ně nevejdou, nepropadnou. Plně zaplněné dno znamená i nižší celkovou energii (těžiště je níže), takže takové uspořádání je stabilnější. Vyzkoušet si to může každý s kýblem s pískem a oblázky. Nicméně celý jev stejně vyžaduje, abychom materiálem protřepávali, tedy dodávali do systému další energii.
Zde je ale třeba dodat, že existují i trochu jiné systémy, kde pozorujeme podobný jev, vysvětlení se pak různí. Někdy vzniká i opačné uspořádání. Fyzikové z Utrechtské univerzity a Fyzikální fakulty Varšavské univerzity nyní experimentálně pozorovali efekt para ořechu ve směsi elektricky nabitých koloidních částic. Ukázali, že k jevu může docházet i spontánně, nevyžaduje vnější energii. Výsledky by mohly najít uplatnění v celé řadě oborů, od geologie po fyziku měkkých látek, při výrobě barev a inkoustů.
„Ukázali jsme, že efekt para ořechu může probíhat ve směsi nabitých koloidních částic, které jsou poháněny výhradně Brownovým pohybem a odpuzováním elektrických nábojů,“ uvádějí autoři studie. Vědci použili k experimentu částice polymetylmetakrylátu o různých průměrech (velké a malé). Jako dispergační činidlo zvolili málo polární rozpouštědlo, cyklohexylbromid.
Mechanismus se ovšem podstatně liší od toho, co probíhá při třepání s oříšky. Částice se v koloidním roztoku nabijí a vykonávají Brownův pohyb v důsledku srážek s molekulami rozpouštědla. „Každá pevná částice je kladně nabitá. Těžší a větší částice mají větší náboj, takže se navzájem silněji odpuzují, a proto se pohybují nahoru snadněji než menší a lehčí částice,“ uvádí jeden z autorů studie Jeffrey Everts z Varšavské univerzity.
Sedimentační profil v suspenzi velkých (zeleně) a malých (červeně) částic. Částice sedimentují směrem k horní stěně. Video ukazuje soubor snímků z xy konfokální mikroskopie, jak se zobrazují, když se začíná u horní stěny a postupuje se směrem dolů. Kredit: Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2213044120
Marjolein N. van der Linden et al, Realization of the Brazil-nut effect in charged colloids without external driving, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2213044120
Zdroj: Varšavská univerzita / Phys.org
Granulární konvekce na Wikipedia.cz
