Fenomena fisika: Efek Kacang Brazil

Dalam fisika banyak fenomena-fenomena yang menarik untuk di kupas dan tidak menutup kemungkinan masih banyak fenomena dalam fisika yang belum terpecahkan. Diantaranya adalah fenomena “Efek Kacang Brazil” atau disingkat EKB.  Fenomena ini biasa kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Namun, hingga saat kini tidak ada satupun simulasi komputer yang dapat menjelaskannya. Bahkan para ahli fisika, astronomi dan geologi belum bisa memahami fenomena ini.

Material butiran merupakan bahan yang terdiri dari butiran-butiran bahan lain yang ukurannya kecil. Misalnya butiran pasir, biji-bijian, tepung, dan kelereng. Dari material ini bukan hanya fasenya yang dapat berubah sesuai dengan kondisi dimana ia berada atau perubahan fase ini tidak mengubah fase butiran, namun dari hal tersebut muncul fenomena efek Kacang Brazil  yang belum dapat dirumuskan oleh ilmu fisika yang ada.

Efek Kacang Brazil merupakan fenomena pada campuran material butiran berbeda ukuran yang diasup energi dari luar berupa getaran (vibrasi), dimana partikel yang lebih besar (intruder), yang tadinya diletakkan di dalam dan terlingkupi oleh material butiran yang lebih kecil (bed butiran), akan perlahan bergerak ke atas sehingga intruder akan berada di atas. Waktu yang dibutuhkan intruder untuk bergerak dari dalam bed butiran sampai berada di atas bed butiran disebut sebagai waktu apung, yang bergantung pada rasio massa jenis-jenis intruder dan partikel bed, gesekan yang terjadi antara intruder dan bed butiran dan frekuensi vibrasi.

Pada awalnya efek Kacang Brazil diketahui oleh para petani yang mengumpulkan hasil panennya. Sebelumnya diamati pula pada kotak sereal (kacang Brazil) di pabrik kacang-kacang tersebut tercampur merata, tapi setelah ‘digetarkan’ secara tak sengaja dalam proses transportasi didapati telah terpisah. Dari hal ini maka para ahli mulai melakukan ekperimen mengenai hal tersebut.

Kebalikan Efek Kacang Brazil

            Breu et. al dan Hong et. al menunjukkan kebalikan efek Kacang Brazil. Keduanya menunjukkan dalam batas-batas parameter fisis tertentu, bahwa terdapat hubungan antara massa dan diameter butiran, yang menentukan apakah suatu campuran akan bersifat efek Kacang Brazil atau kebalikannya saat dikenakan vibrasi. Dari eksperimen mereka menunjukkan bahwa teori oleh Hong et. al mampu memprediksi terjadinya kebalikan efek Kacang Brazil. Tapi, jika proposisi teoritis tidak terpenuhi maka kondisi dapat berubah.

            Fenomena efek Kacang Brazil meski biasa namun masih menjadi misteri hingga saat ini. Sudah banyak ahli yang mencoba untuk  memecahkannya misalnya dengan menggunakan intruder prisma segitiga terbalik, menggerakkannya di udara, efek kacang dalam cairan yang cukup padat dan lain-lain.

Referensi :

1. https://id.wikipedia.org/wiki/Material_butiran diakses tanggal 14 Juli 2020 pukul 14:16 WITA
2. Breu, A. P., Ensner, H. M., Kruelle, C. A., & Rehberg, I. (2003). Reversing the Brazil-nut effect: competition between percolation and condensation. Physical review letters, 90(1), 014302.
3. Hong, D. C., Quinn, P. V., & Luding, S. (2001). Reverse Brazil nut problem: competition between percolation and condensation. Physical Review Letters, 86(15), 3423.
4. Möbius, M. E., Lauderdale, B. E., Nagel, S. R., & Jaeger, H. M. (2001). Size separation of granular particles. Nature, 414(6861), 270-270.
5. Naylor, M. A., Swift, M. R., & King, P. J. (2003). Air-driven Brazil nut effect. Physical Review E, 68(1), 012301.
6. Rosato, A., Strandburg, K. J., Prinz, F., & Swendsen, R. H. (1987). Why the Brazil nuts are on top: Size segregation of particulate matter by shaking. Physical review letters, 58(10), 1038.