Was bewirkt der Paranuss-Effekt?

Maike Pollmann
Paranussbaum
© USDA
(Ausschnitt)
a) Entmischen von granularen Medien
b) Extrem harte Metalloberflächen
c) Geringe Benetzbarkeit von Oberflächen
d) Spontane Spaltung eines Atomkerns

Antwort:

Der Paranuss-Effekt beschreibt die Segregation oder Entmischung von granularen Medien.

Erklärung:

Stellvertretend für alle größeren Gegenstände inmitten von kleineren, schaffte es die Paranuss in die Physik. Doch auch jedem von uns dürfte dieses Phänomen schon mal begegnet sein – vornehmlich während des ersten Mahls des Tages. Wer nämlich Müsli zum Frühstück genießt, dem mag aufgefallen sein, dass die Nüsse darin stets ganz oben liegen, während Rosinen und kleinere Flocken sich ganz unten versammeln. Auf Grund ihres Gewichts sollten die größeren Komponenten doch aber zu Boden sinken. Doch dieser Intuition folgen die großen Brocken nur unter manchen Umständen – die Rede ist dann vom umgekehrten Paranuss-Effekt.

Müsli, Sand, Kaffeebohnen und andere Kompositionen aus Dingen verschiedener Größe und Dichte beschäftigen Physiker tatsächlich schon seit einigen Jahrzehnten, denn so banal das "Problem" auch daherkommen mag, so schwierig ist es zu erklären. Erst im Jahr 2001 warteten Forscher mit einer Begründung für das rätselhafte Segregationsverhalten auf. Vorher hatten sie unterschiedlich große Kugeln aus Kunststoff, Holz, Glas und Metall in einem Glaszylinder ordentlich geschüttelt und die Frequenz und Stärke der Vibrationen derweil variiert. Bei diesem und folgenden Versuchen stellten sich insbesondere Größe und Masse einer Zutat als entscheidend für ihre Laufbahn heraus.

Aber auch die Schüttelweise trägt ihren Teil bei. Ist die Frequenz und deren Beschleunigung nur ausreichend hoch, dann schaffen auch kleinere Teilnehmer den Weg nach ganz oben. Und auch der Luftdruck darf nicht vernachlässigt werden: Ist dieser niedrig, wird der schnelle Aufstieg der großen Körner begünstigt. Fast ein bisschen zu komplex, um mal eben das Durcheinander seiner morgendlichen Speise vorherzusagen. Doch immerhin hat die Industrie ihre Freude an diesen Erkenntnissen – damit Lebensmittel, Baustoffe und andere granulare Medien, wie der Fachmann sagt, auch nach holprigem Transport den Kunden noch fein durchmischt erreichen.

Auch wenn die Schale einer Paranuss enorm hart ist und damit nicht nur uns Menschen bei deren Genuss einiges abverlangt, hat sie mit extrem harten Metalloberflächen nichts zu tun.

Die geringe Benetzbarkeit einer Oberfläche ist unter dem Begriff Lotus-Effekt bekannt. Der Namensgeber entstammt dabei ebenfalls der Pflanzenwelt: der Lotuspflanze. Ihre Blüten und Blätter lassen sich von Wasser und vielen anderen Flüssigkeiten nicht befeuchten – stattdessen bilden sich Tropfen, die ohne jegliche Haftung einfach abrollen.

Für die spontane Spaltung eines Atomkerns, also seinen Zerfall ohne jede äußere Einwirkung, ist der quantenmechanische Tunnel-Effekt verantwortlich. Dieser lässt die Teilchen die Barriere, die sie laut klassischer Physik eigentlich von einer Abspaltung abhält, überwinden.
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