Miért csoportosulnak a reggelizőpehely darabkái a tálban?

Fotó: Thinkstock

Olyan, mintha egymáshoz vonzódnának, pedig egyáltalán nem ez a helyzet. A Cheerios-effektus magyarázatát először a Harvard Egyetem kutatócsoportja adta meg még 2005-ben: az American Journal of Physics tudományos folyóiratban megjelent tanulmányukban. A pelyhek azonban a felületi feszültség hatására nem vonzódnak egymáshoz. Hasonlóan viselkedik bármilyen más, a folyadék felületén úszó tárgy –  még a buborékok is.

Nézzük meg a jelenség fizikai hátterét! A folyadékmolekulák vonzzák egymást, de ezek a kohéziós erők a folyadék belsejében kiegyenlítik egymást. A folyadék felszínén lévő molekulákat a folyadék belsejében lévők erősen vonzzák, vagyis egy intenzív erő lefelé húzza ezeket, a felettük lévő levegő molkuláinak a vonzása viszont gyenge.  Emiatt a folyadék felszíne egy kicsit süllyed. Ugyanakkor az edény szélénél, ha az edény falát a folyadék nedvesíti (a tej ezt teszi), a felszín kissé emelkedik – ezt nevezik meniszkusznak. (Ha a folyadék nem nedvesíti az edény falát, akkor a meniszkusz lefelé görbül például a higany esetében.)

A folyadék felszínén úszó tárgyat a felhajtóerő igyekszik a felszín legmagasabb helyére eljuttatni. A reggelizőpelyhek úsznak a tej felszínén, eközben körülöttük a tej felszíne kicsit megemelkedik, bár sokkal kisebb mértékben, mint az edény szélén. Ha egy másik szemcse a közelébe ér, akkor emiatt a kis emelkedés miatt a felhajtórő egymás felé hajtja őket, mintha vonzanák egymást. És ugyanez a felhajtóerő hajtja az együvé csoportosult szemcséket az edény oldalánál lévő magasabb folyadékszint felé. Emiatt tűnik tehát úgy, mintha a szemcsék vonzanák egymást, illetve az edény fala vonzaná a szemcséket. Egyébként ezt a jelenséget nemcsak a reggelizőpehellyel, hanem a szódavíz buborékaival is megfigyelhetjük.

Persze a Cheerios-effektus magyarázatának nem az az egyetlen haszna, hogy mostantól nem kell törnünk azon a fejünket, miért csoportosulnak a reggelizőpelyhek a tányérunkban. Megértésével könnyebben kutathatjuk, hogyan járnak a víz felületén egyes rovarok, de a jövőben olyan mikrostruktúrák létrehozásában is szerepet játszhat a Cheerios-effektus mögötti fizika, amelyeket nem nekünk kell összeszerelni, hanem a felületi feszültséget felhasználva egyszerűen összerakják saját magukat.