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News: Die Mischung macht's

Nach der Vorstellung vieler Laien fristen tiefsinnige Gedanken über Müsli in den akademischen Hörsälen und Laboratorien ein eher stiefmütterliches Dasein. Doch weit gefehlt: Zahllose Physiker befassen sich hartnäckig und voller Eifer mit der Erforschung derartiger Verteilungsphänomene.
ParanussLaden...
Ein allmorgendliches Ärgernis: Man greift zum Müsli und muss feststellen, dass sich im oberen Drittel der Verpackung vor allem Nüsse befinden, während Rosinen in Richtung Tütenboden gewandert sind. Doch trotz der Allgegenwart dieses Missstands scheint es den Herstellern noch nicht gelungen, die einzelnen Müslikomponenten so abzufüllen und auszuliefern, dass sie einigermaßen gleichmäßig verteilt sind.

Das wohl bekannte Phänomen, dass große Bestandteile eines Gemenges beim Schütteln nach oben wandern, nennen Physiker aus nahe liegendem Grund Paranusseffekt. Allerdings auch für den Fachmann nicht einfach zu erklären sind die diesem Phänomen zugrunde liegenden Zusammenhänge. Es gibt Wissenschaftler, die behaupten, dass größere Bestandteile die kleineren aussieben. Andere wiederum führen Reibungskräfte unter den einzelnen Zutaten sowie an der Packungswand als maßgebliche Ursache dieses Vorgangs an. Aber auch ein Zusammenspiel beider Phänomene wäre denkbar.

In jüngster Zeit stellt sich das Problem noch weitaus komplizierter dar, als zunächst erwartet. Denn manchmal passiert in den Müslipackungen etwas ganz Überraschendes: Die Nüsse sinken nach unten. Vor einigen Jahren belegten Physiker durch theoretische Studien diesen gegensätzlichen Prozess, den sie folglich umgekehrten Paranusseffekt tauften.

Doch was entscheidet darüber, ob die Partikel in dem Gemenge nach oben oder nach unten wandern? Wissenschaftler stellten die Hypothese auf, dass Größe und Gewicht hierbei eine im wahrsten Sinne des Wortes gewichtige Rolle spielen. Zugleich vermuteten sie, dass bestimmte Bedingungen existieren, bei denen der eine Effekt in den gegenteiligen umschlägt.

Die Arbeitsgruppe von Ingo Rehberg von der Universität Bayreuth hat sich nun der Erforschung dieser Bedingungen gewidmet. Dazu schüttelten die Forscher unterschiedlich große Kügelchen aus Kunststoff, Holz, Glass und Metall in einem Glaszylinder und variierten die Frequenz und maximale Beschleunigung der Schüttelbewegung.

Wie zu vermuten war, liefen die meisten Versuche entweder nach dem Paranusseffekt oder nach dem umgekehrten Paranusseffekt ab. Nur in seltenen Fällen liegt weder der eine, noch der andere Fall vor: Die Kugeln können sich für keine der beiden möglichen Richtungen entscheiden.

Nach Auffassung der Bayreuther Wissenschaftler scheinen tatsächlich Größe und Masse der einzelnen Kugeln darüber zu entscheiden, ob diese nach oben oder nach unten wandern. Zusätzlich beeinflussen aber auch andere Faktoren, wie sich die einzelnen Kugeln in dem Glaszylinder verhalten. Zum Beispiel die Art, wie dieser geschüttelt wird. Hier spielt offensichtlich sowohl die Schüttelfrequenz, als auch die maximale Beschleunigung eine wichtige Rolle: Ist diese ausreichend hoch, dann tendieren die kleineren Kügelchen dazu, nach oben zu wandern – und folgen damit dem umgekehrten Paranusseffekt.

Was auf den ersten Blick wie anwendungsferne Wissenschaft wirkt, hat einen ernsthaften Hintergrund. Denn bei industriellen Prozessen wie der Tablettenherstellung und der Farbstoffproduktion stellt die gleichmäßige Verteilung der einzelnen Komponenten ein bedeutendes Problem dar. Ein Problem, dessen Lösung auch der Müsli-Fan sehnlichst erwartet.

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