Esta mañana me estaba comiendo cereal que consistía de aproximadamente esférica piezas apenas por debajo de un centímetro de diámetro. Por el momento estaba casi terminado, las hojuelas de cereal fueron flotando en una monocapa sobre la superficie de la leche. Me di cuenta de que las piezas de cereal solían agruparse y formar un sorprendentemente regular red hexagonal. Incluso si yo manualmente, separados uno bocado del grupo, que iba a la deriva sin rumbo sobre el tazón hasta que llegó cerca de la principal del grupo, y luego volvería a asumir una posición en la red, y permanecer allí. Claramente, el cereal tiende a esto parece poco probable microestado porque tiene menor energía, pero ¿por qué? ¿Qué tipo de fuerza hidrostática anima a este comportamiento?
Respuesta
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Este fenómeno ha sido estudiado por Vella y Mahadevan y escrito en la revista American Journal of Physics (http://scitation.aip.org/content/aapt/journal/ajp/73/9/10.1119/1.1898523). Se llama la Cheerios efecto.
Si el cereal piezas se agrupan lejos de los bordes de la taza, gravitan hacia una ligera concavidad en la superficie causadas por la leche de la atracción de las moléculas de cada uno de los otros hacia abajo, hacia el cuerpo de agua, y la distancia desde el aire, como el aire ejerce una débil atracción sobre las moléculas de la leche que se ejercen sobre cada uno de los otros. La superficie resultante, bajo tensión, tazas ligeramente hacia el centro del cuenco. Cada flotante de cereales pieza gravita hacia el centro y, a continuación, crea su propio ligera depresión en la superficie, y otras piezas tienden a gravitar hacia las depresiones cuando se acerquen lo suficiente.
Si el cereal matas de tocar él lados de la taza, la boyante piezas a los lados están subiendo el menisco, causada por la leche de la atracción de vidrio o de porcelana. Otras piezas de cereal, a continuación, gravitan hacia la depresión leve lejos del menisco causado por cada pieza flotante en el lado. Si la leche es repelido por los lados del tazón de cereales, gravita hacia el inverso de menisco que se curva hacia abajo en los lados.
El mecanismo es diferente para los objetos más pequeños que son más pesados que el agua, pero son apoyados por la tensión superficial.
Vella y Mahadevan pensar que la flotabilidad, la tensión superficial y el menisco explicar las cheerios efecto.
El patrón hexagonal es la mejor solución para adaptarse a la mayoría de las piezas de cereal en un área de la superficie. El hexágono es uno de los tres únicos polígonos regulares que se puede embaldosar el plano Euclidiano. Los otros dos son el triángulo y el cuadrado, pero no proporcionan la disposición más densa de cereal.
