Bayreuther Exprimentalphysiker dem Paranuss-Effekt auf der Schliche

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03.02.2003

Warum große Körner in Behältern nach oben wandern - oder nach unten

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Ob die erste Person, die eine Tüte mit Studentenfutter öffnet oder diejenige, die den Rest ausschüttet alle Nüsse erhält, kommt darauf an, wie stark die Tüte geschüttelt wird und wie voll sie ist, berichtet Nature in seiner online-Ausgabe vom 13. Januar dieses Jahres (www.nature.com/nsu/030113/030113-3.html) mit der Überschrift " Nut theory gets a shakedown" und beruft sich dabei auf Ergebnisse der Arbeitsgruppe des Bayreuther Experimentalphysikers Professor Dr. Ingo Rehberg (Breu, Andreas P. J., Ensner, H.-M., Krülle, Christoph. A. & Rehberg, Ingo. Reversing the Brazil-nut effect: competition between percolation and condensation. Physical Review Letters, 90, 014302, 2003). Die Bayreuther Forscher hatten gläserne, hölzerne und metallische Kügelchen unterschiedlicher Größe in Glaszylindern mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und Inhalt geschüttelt. Sie fanden heraus, dass die größeren eher nach oben kommen oder auf den Boden sinken.

Größentrennung durch Schütteln wird der Paranuss-Effekt genannt - in einem Müsli-Behälter befinden sich die größeren Inhaltsteile wie die Paranüsse oft oben. Beim Transport zum und vom Lebensmittelhändler steigen die Nüsse durch die Haferflocken- und Kleiebestandteile nach oben. Der gleiche Effekt könnte das industriellen Mischen von Sand, Zement, Kies, Lebensmitteln, Arzneiwaren und Pigmenten beeinflussen, heißt es bei Nature weiter.

Aber der Paranuss-Effekt ist nicht einfach zu beweisen. Manche meinen, dass größere Körner kleinere besser durchsieben, andere schwören auf die Reibung zwischen den Körnern und den Gefäßwänden, und wieder andere vermuten, dass einiges gleichzeitig abläuft 1998 fanden Wissenschaftler weitere Komplikationen heraus: Manchmal bewegen sich die größeren Körner nach unten anstatt nach oben. Drei Jahre später theoretisierten Physiker in den USA und Deutschland, dass dieser umgekehrte Paranuss-Effekt von Größe und Gewicht der Körner abhängt. Sie vermuteten, dass der Wechsel vom Paranuss- zum umgedrehten Paranuss-Effekt bei einem bestimmten Verhältnis und Dichte kleinerer und größerer Kügelchen auftritt In acht von zehn Fällen sagt die Theorie den Übergang richtig voraus, fand die Bayreuther Gruppe heraus. Aber weitere Faktoren bestimmen was sinkt und was steigt. Beispielsweise sind in der gleichen Mischung unterschiedliche Ergebnisse möglich abhängig von der Geschwindigkeit des Schüttelns und damit der Beschleunigung der Kügelchen. Es kommt auf Bewegungsfrequenz und - ausschlag an.

Und um den umgekehrten Paranuss-Effekt zu erzielen, bei dem größere Kügelchen nach unten sinken, darf die Lage der kleinen Kügelchen anfangs nicht zu tief sein. Mit anderen Worten: Paranüsse schaffen es wohlmöglich gar nicht, in wirklich großen Studentenfutter-Tüten auf den Boden zu sinken.

Kerstin Wodal | Quelle: Universität Bayreuth
Weitere Informationen: www.nature.com/nsu/030113/030113-3.html