Neden Karışık Kuruyemiş Paketini Açtığımızda Büyük Yemişleri Üstte Toplanmış Buluruz?

Kahvaltı zamanı fındıklı mısır gevreğinizi kasenize döktüğünüzde, bir kase dolusu fındıkla karşılaşmış olmanız olasıdır. Benzer biçimde karışık kuruyemiş paketini açtığınız zaman ceviz, fındık, badem gibi yemişlerin üst tarafta toplandığını görürüz. Çekirdek, leblebi gibi daha küçük ebatlı olanlar ise dibe çöker.

İçinde kuruyemiş bulunan bir kavanozu çalkaladığınızda ne yaparsanız yapın, büyük kuruyemişler kavanozun üst kısmında toplanacak, küçük olanlar ise kavanozun alt tarafına doğru hareket edecektir. Bu duruma Brezilya fındığı etkisi denir.

Sorunu çözmek için paketi sallarsanız işler daha da karışır. Neredeyse bütün fındık, fıstık yüzeyde toplanacaktır. Bu nedenle kuruyemiş paketinden ilk bir avucu alan her zaman daha avantajlıdır. çünkü dipte daha az lezzetli olan küçük tanecikler kalmış olacaktır. Aslında sadece fındık, fıstık değil bütün tanecikli karışımlarda aynı sonucu elde edersiniz ve bu parçacık ayrışması olgusu “Brezilya Fındığı Etkisi” olarak bilinir.

Brezilya Fındığı Etkisi Neden Gerçekleşir?

Daha büyük parçacıkların ağırlığından dolayı dibe batması yerine yüzeye çıkması durumunu gözlemlemek için tanelerden oluşan malzemelere göz atmanız gerekecektir. Taneciklerden oluşan bir karışımı salladığımız zaman mevcut taneciklerin birbirine karışması bir çok karışım için olası değildir. Aslında sallamak onları daha az rastgele hale getirir.

Bilim insanları bu garip fenomeni 80’lerin sonlarında araştırmaya başladılar ve sürecin nasıl işlediğine dair açıklamalar hala devam ediyor. Ancak biliyoruz ki Brezilya fındığı etkisinin arka planındaki anahtar bileşen harekettir. Parçacıkların hareket etmesini sağlamak, onları hızlandırmak anlamına gelir. Bu hızlanma da onların yeniden düzenlenmelerine neden olur.

Brezilya Fındığı Etkisi Nedir? — Çalkalama sırasında parçacıklar hareket ederken küçük parçacıklar büyük parçacıkların arasındaki boşluklardan aşağıya doğru hareket eder. Yani büyük parçacıklar arasındaki boşluklar bir süzgeç gibi işlev görür

Bunun arka planında da bir kaç farklı mekanizma yer alır. Bunlardan birine granüler konveksiyon adı verilir. Buradaki granüler kelimesi küçük taneciklerden veya parçacıklardan oluşan şeyler anlamına gelir. Tanecikli malzemelerden bahsettiğimiz zamanlarda aklınıza kum, kar gibi şeyler de gelmelidir. Kum tepeciklerinde görülen büyüleyici desenlerin çoğu, kumun granüler bir malzeme olmasının bir sonucudur. Konveksiyon kelimesi de bir tür yuvarlanma hareketi ile ilişkilidir.

Bir kapta bulunan tanecikler çalkalandığında, tanelerin birbiri üzerinde serbestçe hareket edip etmemesine veya sıkışıp kalmasına bağlı olarak da farklı davranışlar ortaya çıkar. Sallama veya döndürme hareketleri, tanelerin yukarı zıplamasına veya birbirinin üzerine yuvarlanmasına neden olur. Bu esnada küçük taneler daha büyük taneler arasındaki boşluklardan düştükçe, büyük parçacıklar yukarı doğru hareket etme eğilimindedir.

Aynı zamanda paketin kenarlarına yakın olan malzemeler merkezdekilere göre daha fazla sürtünme kuvvetine maruz kalacaktır. Sonuç olarak bu parçacıklar aşağı doğru itilecektir. Onlar aşağı itildikçe de büyük tanecikler yine yukarı doğru hareket edecektir.

Büyük parçacıklar yukarı çıktıkça altlarındaki boşluklara da daha küçük ve daha hızlı hareket eden tanecikler akar. Bunun sonucunda da üstteki malzeme biraz daha yükselecek ve en sonunda da tepeye kadar ulaşacaktır.

Granüler Malzemeler Titreşim Durumunda Sıvılar Gibi Davranır

Çöl fotoğrafları gördüğünüz zaman bu fotoğraflardaki kum tepelerinin neden eğri büğrü olduğunu merak etmiş olabilirsiniz. Bu şeklin nedeni de kum tanelerinin hareketidir. Buradaki çalkalama hareketini ise rüzgar sağlayacaktır.

Rüzgâr, estiği doğrultuda kum taneciğinin sürüklenmesini sağlar. Bu esnada kum taneciğinin yüzeyinde hareket ederken oluşan basınç farkı, taneciğin üzerine bir kaldırma kuvvetinin de etki etmesine neden olur. Kum taneciğinin rüzgârın etkisiyle ne kadar yükseleceğini ve ne kadar uzağa taşınacağını kütlesi, şekli, yoğunluğu ve rüzgârın hızı belirler.

Daha büyük kayaların asteroitlerin dışında kümelenmesinin de nedeni budur. Yine bu nedenle nehir yataklarının yüzeyinde daha büyük kayalara rastlanır. Aynı zamanda bir tabak patlamış mısırın dibinde patlamamış taneciklerin kalmasının nedeni de budur.

Tüm bunlardan bize ne diyebilirsiniz. Ancak hatırlayalım. Bu etkinin nasıl çalıştığını bilmek bir çok malzemenin üretimi açısından önemlidir. Mühendisler, parçacıkların neden boyutlarına göre ayrıldığını bilirlerse, sorunu önlemek için uygun makineler yapabilirler. Bu da gıda ve ilaç sektöründe daha homojen karışımlar anlamına gelecektir.

Kaynaklar ve ileri okumalar

Maths in a minute: The brazil nut effect; yayınlanma tarihi: 16 Mart 2018; Bağlantı: https://plus.maths.org/
Metzger, Matthew & Remy, Brenda & Glasser, Benjamin. (2011). All the Brazil nuts are not on top: Vibration induced granular size segregation of binary, ternary and multi-sized mixtures. Powder Technology. 205. 42-51. 10.1016/j.powtec.2010.08.062.
James B. Knight, E. E. Ehrichs, Vadim Yu. Kuperman, Janna K. Flint, Heinrich M. Jaeger, and Sidney R. Nagel Phys. Rev. E 54, 5726 – Published 1 November 1996

Size Bir Mesajımız Var!

Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.

Matematiksel