מי שתכנן את אריזות הפיצוחים בפחית, אשר נמכרת בארה"ב כבר משנות השלושים, מן הסתם לא תיאר לעצמו שמאפייניה יובילו למחקרים ומחשבות בהיבט רחוק מאד מעולם האריזות – תחום בפיזיקה העוסק בהפרדת החלקיקים.

צרכנים רבים של תערובת האגוזים בפחיות שמו לב, שכאשר הם פותחים את הפחיות, אשר שוקשקו וטולטלו בדרכן מן המפעל אל הצרכן, אגוזי ברזיל, האגוזים הגדולים ביותר, תמיד נמצאו למעלה. תצפית זו עוררה תהיות רבות, שכן, לפי ההיגיון הפשוט, צפוי שהאגוזים הגדולים יהיו דווקא למטה, ואילו הקטנים יותר הם אלה שיישבו בראש הערימה. בארצנו הקטנטונת, ניתן לשים לב לאותה התופעה באריזת קורנפלקס, למשל, שבה החתיכות השלמות הן תמיד למעלה ואילו הפירורים למטה. ובטבע, אחרי מפולת סלעים, מוצאים את האבנים הגדולות בראש הערימה…

ב- 1987 הסבירו את התופעה בכך שוויברציות השקשוק גורמות לחלקיקים הגדולים והקטנים לעלות למעלה, אבל הגדולים "נתקעים" שם. החלקיקים קטנים גולשים חזרה מטה ברווחים שבין האגוזים, ומתערבבים שם מחדש.

ב- 2001 נוסף רובד נוסף להסבר זה. סטודנט לדוקטורט ותלמיד תיכון הראו שהאוויר שבין החלקיקים גם הוא גורם חשוב בהתפזרות האגוזים בחלל הקופסא, כמו-גם צפיפות החלקיקים ומשקלם. הם הראו שהקצב שבו חלקיק גדול מגיע למעלה תלוי לא רק בגודל של שאר החלקיקים במיכל אלא גם באינטראקציה בין האוויר והחלקיקים הקטנים. חלקיקים שהם מאד כבדים או מאד קלים נעים מהר יותר למעלה, אל פני-השטח של התערובת, מאשר חלקיקים בעלי משקל ביניים בעלי אותם גודל וצורה. בנוסף, יש תלות בין צפיפות החלקיקים לבין לחץ האוויר. התלות יורדת כשלחץ-האוויר יורד ונעלמת תחת ואקום. לפיכך, גודל החלקיקים, צפיפותם, והאוויר ביניהם, הם שגורמים לתופעה.

מכיוון אחר, חוקרים אחרים מצאו גם אפקט אגוזי ברזיל הפוך, שבו קבוצות של חלקיקים גדולים, אם הם מספיק כבדים, מתאספים למטה.

ב- 2011 מחקר נוסף התמקד בתופעה , שלא כל אגוזי הברזיל מתרכזים למעלה, ונמצא שויברציות גורמות להפרדת חלקיקים על פי גודלם בתערובות של שניים, שלושה ויותר סוגי חלקיקים. החוקרים השוו תערובות של שניים ושלושה אגוזים, ולאחר מכן גם יותר, תכולת כל הפחית: לאחר 3000 סיבובי שקשוק, לא כל אגוזי הברזיל היו למעלה. הפתרון שלהם לפיזור אחיד, הוא הוספה של אגוז, או חלקיק, בעל גודל ביניים.

ליישום המסקנות האלה יש חשיבות בתעשיות בהן הפרדת חלקיקים חשובה, כמו בתעשיות התרופות, זכוכית וצבע, ומטלורגיה אבקתית. למשל, כשמכינים תרופות, מערבבים גבישי תרופה קטנים עם חומרי מילוי בעלי גבישים גדולים יותר, ואז מהדקים את התערובת בשלב הכנת הטבליות. חשוב שהערבוב יהיה אחיד, אחרת עלולים לקבל טבליות עם יותר מדי או פחות מדי תרופה.

בצלוחית הפיצוחים, אפשר להשתמש גם בכלי-העבודה הישנים והטובים, הידיים, כדי לסדר את התערובת בצורה אחידה ואסתטית.

חג שמח!

לקריאה נוספת:

All the Brazil nuts are not on top: Vibration induced granular size segregation of binary, ternary and multi-sized mixtures, M. J. Metzger, B. Remy Benjamin and J. Glasser, Powder Technology Volume 205, Issues 1–3, 10 January 2011, Pages 42-51

מדוע גרגרים גדולים נוטים להיות למעלה (מעל לקטנים)? מאיר ברק,2.9.2009