211service.com
Efekt orzecha brazylijskiego mierzony w warunkach księżycowej i marsjańskiej grawitacji
Weź pojemnik zmieszanych orzechów, potrząśnij nim i zbadaj zawartość. Są szanse, że największe orzechy, na przykład orzechy brazylijskie, awansują na szczyt.
Zjawisko to nazywa się efektem orzecha brazylijskiego i wiadomo, że zależy od wielu czynników, takich jak rozmiar i kształt pojemnika, a także częstotliwość i amplituda wstrząsów. Jednak ogólna idea polega na tym, że proces wstrząsania tworzy puste przestrzenie, do których mogą wpaść mniejsze, ale nie większe cząstki. Wypycha to większe cząstki na powierzchnię.
Uważa się, że ten rodzaj konwekcji odgrywa ważną rolę w mediach ziarnistych. Na przykład teksturę niektórych asteroid można wytłumaczyć jedynie efektem orzecha brazylijskiego, w którym większe cząstki są wypychane na powierzchnię.
Kluczowym pytaniem w zrozumieniu tego procesu jest to, w jaki sposób zmniejszona siła grawitacji na inne ciała astronomiczne może wpłynąć na efekt orzecha brazylijskiego.
Dziś otrzymujemy odpowiedź dzięki pracy Carstena Guttlera z Uniwersytetu Technologicznego w Braunschweig w Niemczech i kilku kumpli.
Z godną podziwu pracą, ci faceci przeprowadzili standardowe eksperymenty z efektem orzechów brazylijskich w zwykłym laboratorium, ale także na lecącym parabolicznym łuku Airbusa A300, aby symulować siły grawitacyjne na Księżycu i na Marsie. Ich eksperymentalny sprzęt składa się z wytrząsarki i kamery, która rejestruje to, co dzieje się w ich przezroczystym, eksperymentalnym pojemniku.
Przed każdym lotem Guttler i spółka umieszczali na dnie pojemnika niewielką ilość 8mm zielonych szklanych koralików, które następnie wypełniali mniejszymi 1mm szklanymi koralikami.
Gdy pojemnik zaczyna się trząść, widzą ruch większych zielonych kulek w pojemniku.
Wyniki są proste (choć trochę niejednoznaczne). Mówią, że silniejsze siły grawitacyjne prowadzą do większego efektu orzechów brazylijskich. W rzeczywistości mówią, że zależność jest z grubsza liniowa – większa grawitacja powoduje, że duże kulki rosną szybciej.
Innymi słowy, duże orzechy rosną szybciej na Ziemi niż na Marsie czy Księżycu (wyrażenie, które prawdopodobnie nie znajdzie się w wielu artykułach naukowych).
Nie jest to całkowicie kapryśny wynik. Lepsze zrozumienie efektu orzechów brazylijskich może poprawić naszą wiedzę o powierzchni Marsa i Księżyca. Ponadto dobre zrozumienie mediów ziarnistych i sposobu ich zachowania może mieć kluczowe znaczenie w przypadku wydobywania asteroid w warunkach niskiej grawitacji.
Ten ostatni scenariusz może wymagać trochę dodatkowej pracy. Guttler i spółka twierdzą, że gdy grawitacja jest bardzo słaba, ważne stają się inne siły, takie jak spójność między cząstkami. Zatem odkryta przez nich liniowa zależność może nie rozciągać się na te reżimy niskiej grawitacji.
Ale to równie dobry powód, aby wzbić się w przestworza, polecieć jeszcze kilka eksperymentów na komecie wymiocin.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1304.0569 : Konwekcja ziarnista i efekt orzechów brazylijskich w obniżonej grawitacji