核心概念
物理學
材料
混合物
浮力
引言
你有沒有注意到，早餐麥片盒裡的乾果或堅果並沒有均勻分佈在盒子內部，或者在混合堅果的容器中，巴西堅果會聚集在頂部？這種現象通常被稱為“巴西堅果效應”，其背後的科學原理出奇地複雜且影響深遠。當你想用不同型別的材料填充筒倉、袋子或箱子時，這種情況可能很麻煩。[重複上述內容]它也可以為我們所用：雪崩安全氣囊利用巴西堅果效應來保持滑雪者在雪崩時漂浮在雪面上。在這個活動中，你將挑戰自己來混合不同種類的顆粒材料。這並不像聽起來那麼容易！
背景
我們遇到三種物質狀態：固態、液態和氣態。我們知道岩石是固態的，海洋中的水是液態的，我們呼吸的空氣是氣態的。但是，當涉及到某些材料的行為方式時，分類並不總是那麼明確。你可以像固體一樣堆積沙子，但你也可以傾倒沙子，使其更像液體一樣流動。這是因為它是一種顆粒材料，由許多單獨的顆粒組成，每個顆粒都是一個沙粒。
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顆粒材料的大小範圍可以從小沙粒到像巨石一樣非常大的物體。要使顆粒材料表現出液體的特性，必須有許多顆粒緊密聚集在一起。幾塊滾下山坡的巨石不像液體那樣運動，但數千塊巨石在山體滑坡期間一起滾下山坡就像液體一樣運動。同樣，單獨的一粒沙子不像液體一樣運動，但是當你從桶裡倒出一堆沙子時，它會更像液體一樣流動。
如果你將不同的顆粒材料放入一個容器中，你可以搖晃或旋轉容器來混合它們。[我以為我們需要一個過渡來談論我們的實驗]。搖晃或旋轉的動作使顆粒向上跳躍或相互滾動。當較小的顆粒落在較大的顆粒之間的空隙中時，較大的顆粒往往會向上移動，這一過程稱為滲濾。浮力也起作用：浮力使密度較大的顆粒下沉，密度較小的顆粒漂浮到頂部。另一個促成因素是顆粒對流，即振動的顆粒材料以對流狀迴圈模式移動。較大、密度較大的顆粒遵循向上迴圈的模式，而不向下移動。甚至顆粒之間的空氣和容器的形狀也被認為會產生影響。
材料
帶蓋子的透明小圓柱形容器。（小型食品容器效果很好，培養皿也是如此。）
單色甜點灑料——足夠填滿容器的1/3
細顆粒材料，如特細砂糖或過篩的幹沙（你也可以使用工藝品商店的彩色沙子）——足夠填滿容器的1/3
量勺
用於攪拌的小勺子
膠帶（如果需要固定容器蓋子）
至少四種不同大小的混合小吃配料（如花生、葡萄乾、葵花籽和乾草莓）（可選）
一個更大的帶蓋容器，用於製作（和搖晃）混合小吃（可選）
準備工作
將所有材料收集在一個容易清理的區域，以防顆粒材料溢位。
在容器中加入一湯匙灑料，然後加入大約相同量的其他顆粒材料。繼續新增，直到容器大約半滿。如果需要，在任何開口周圍或固定蓋子周圍新增膠帶。
容器中的糖（或其他顆粒材料）和灑料是否充分混合？你認為如果上下或左右搖晃容器會發生什麼？
步驟
上下移動容器：先慢後逐漸加快。觀察發生了什麼。糖和灑料何時開始在容器內移動？當你搖晃容器時，糖和灑料是混合還是分離？
開啟容器，用小勺子將灑料混合到糖中。關閉容器，如果需要，重新貼上膠帶。
左右移動容器，先慢後逐漸加快。觀察發生了什麼。糖和灑料在何時開始在盒子內移動？當你緩慢搖晃容器時，糖和灑料是否分離？當你劇烈搖晃容器時，它們是否分離？你認為為什麼會發生這種情況？
開啟容器，用小勺子將灑料混合到糖中。關閉容器，如果需要，重新貼上膠帶。
接下來，你將旋轉容器。你認為混合物會保持充分混合，還是透過這種運動混合得更好？
試試看！你觀察到什麼？你認為為什麼會發生這種情況？
以你喜歡的任何方式移動容器。你能以一種將灑料混合到糖中的方式移動容器嗎？
額外：製作混合小吃。從兩種配料開始，如花生和葡萄乾，搖晃容器。它們混合得如何？ 新增第三種和第四種配料，如葵花籽和凍乾草莓。搖晃時所有配料混合得如何？滾動或傾倒又如何？ 嘗試不同的配料。哪些組合混合良好？更多的配料會使混合小吃混合得更好嗎？
觀察和結果
無論你如何移動容器，只要你足夠劇烈地移動它，灑料和糖很可能會分離。
細砂糖顆粒比灑料小得多，而且它們的密度也可能更大。如果你足夠劇烈地搖晃盒子，裡面的顆粒很可能會開始跳躍或彼此滑動。細小的糖粒落入灑料之間的小縫隙中，因此較大的灑料聚集在容器的頂部和側面。移動容器無助於混合裡面的顆粒。
分離和圖案很漂亮，但是當你希望混合小吃或堅果保持混合狀態時，這種分離可能會令人煩惱！
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