Gdy chwycimy za końce nitki suchego spaghetti i zaczniemy ją wyginać, to oczywiście pęknie. Ale nie w jednym miejscu - podzieli się od razu na trzy lub więcej kawałków. Spróbujcie sami. Czy da się połamać spaghetti tylko na dwa kawałki? Studenci MIT odkryli, że jest na to sposób.

To nie tylko zabawa. Kruszenie się nitek spaghetti nie różni się tak bardzo od pękania elementów konstrukcyjnych - zbrojeń w budynkach, belek w mostach etc. Pęknięcia "typu spaghetti" obserwowali w swojej pracy inżynierowie budownictwa, jak również fizycy, hodujący bardzo długie i wąskie kryształy, które też lubiły się w wielu miejscach kruszyć.

Tak więc zagadka łamiącego się makaronu - dlaczego nie pęka w połowie, jak dajmy na to zwykła zapałka, lecz kruszy się na więcej niż dwie części (najczęściej trzy) - ma całkiem praktyczne znaczenie.

Co robią fizycy w kuchni

Problem ma już też swoje lata. Nad łamaniem spaghetti łamał sobie głowę 40 lat temu słynny noblista prof. Richard Feynman. Danny Hills, amerykański wynalazca i ekspert komputerowy, wspomina w jednej z książek, że siedział z Feynmanem w kuchni i razem łamali nitki spaghetti, próbując wyjaśnić, dlaczego spaghetti nie pęka po bożemu w połowie. Nic nie wymyślili, jedynym efektem eksperymentu pozostała zasłana kawałkami pokruszonego makaronu podłoga w kuchni.

Dopiero w 2005 roku dwóch fizyków francuskich - Basile Audoly i Sebastian Neukirch z Uniwersytetu Piotra i Marii Curie w Paryżu - opublikowali w "Physical Review Letters" przekonująca teorię w tej kwestii. Rok później dostali za nią nagrodę Ig-Nobla (żartobliwą wersję prawdziwych Nobli, przyznawaną na Uniwersytecie Harvarda).

Francuzi odkryli, że wygięcie, naprężenie, a potem złamanie spaghetti wywołuje na odłamanych kawałkach makaronu bardzo szybkie oscylacje, które zwiększają naprężenie i powodują kolejne pęknięcia. Te mogą wywołać kolejne wibracje i pęknięcia, dopóki nie rozładuje się nagromadzona w makaronie energia sprężystości. Wszystko to dzieje się w czasie milisekund.

Fizycy sfilmowali proces łamania nitek suchego spaghetti ultraszybką kamerą (na dolnym kadrze kolorem jest zaznaczona wartość naprężenia):

embed

Maszyna do łamania spaghetti

Niedawno kilku studentów MIT ponownie przyjrzało się temu problemowi. W ramach zaliczenia wykładu z nieliniowej dynamiki postanowili znaleźć sposób na kontrolowane łamanie spaghetti.

W szczególności postawili przed sobą ambitne zadanie połamania spaghetti tak, aby pęknięcie nastąpiło tylko w jednym miejscu, a makaron podzielił się jedynie na dwa fragmenty.

Po wielu "ręcznych" próbach odkryli, że kluczem może być mocne skręcenie nitki makaronu. Jeden ze studentów - Ronald Heisser - zbudował specjalną maszynę, dzięki której mogli przeprowadzić ścisły eksperyment. Po unieruchomieniu końców makaronu w specjalnych zaciskach, można było skręcić całą nitkę o dowolny kąt - od 0 do 360 st. A potem wygiąć i złamać, zbliżając końce do siebie. Wszystko filmowali superszybką kamerą.

Maszyna do kontrolowanego łamania spaghetti
Maszyna do kontrolowanego łamania spaghetti  MIT

W tej maszynie młodzi badacze "skręcili" i połamali setki nitek makaronu (ich wykładowca mówi, że przez długi czas nie tylko nie tkną, ale nawet nie spojrzą na spaghetti).

Wnioski ze swojego eksperymentu publikują w tym tygodniu w "Proceedings of the National Academy of Sciences". Wynika z nich, że jeśli najpierw bardzo mocno skręcimy nitkę spaghetti (o więcej niż 270 st.), a potem ją wygniemy, to wtedy pęknie tylko w jednym miejscu - mniej więcej w połowie.

W swojej pracy badacze także wyjaśniają, dlaczego po skręceniu spaghetti nie ulega kaskadowemu kruszeniu na wiele kawałków. Otóż skręcenie powoduje, że ułamane końce doznają słabszych oscylacji. A poza tym, gdy tylko po pierwszym pęknięciu uzyskają swobodę ruchu - to najpierw pozbywają się naprężenia związanego ze skręceniem, tj. rozkręcają się. Ten proces następuje dużo szybciej niż poprzeczne oscylacje spowodowane wygięciem i w znacznym stopniu rozprasza skumulowaną w nici makaronu energię sprężystości. To osłabia wewnętrzne naprężenia i dlatego nie dochodzi do kolejnych pęknięć. 

A tak to wygląda na filmie w zwolnionym tempie:

embed

Jeśli więc w najbliższym czasie będziecie jedli spaghetti na obiad lub kolację, pomyślcie z sympatią o fizykach i matematykach. Dzięki ich eksperymentom może uda się uniknąć przynajmniej niektórych pęknięć i katastrof budowlanych.

PRZECZYTAJ TEŻ: Co by było, gdyby Ziemia była zrobiona z borówek? Ktoś zapytał na Twitterze, fizyk odpowiedział

Bartosz T. Wieliński poleca
Komentarze
Zaloguj się
Chcesz dołączyć do dyskusji? Zostań naszym prenumeratorem
A wystarczyło spytać Włocha. Przed wrzuceniem do garnka spaghetti łamie się w pół, skręcając je. Co prawda robi się tak z wiązką, ale chyba znajomość kulinarnej oczywistości przyspieszyłaby te badania. A tak to było wyłamywanie otwartych drzwi. Że sparafrazuję klasyka - Watsonie, to trywialne.
już oceniałe(a)ś
0
0
Obawiam się, że skręcenie pręta zbrojeniowego o kąt większy niż 270 stopni spowoduje uplastycznienie tego pręta.
już oceniałe(a)ś
0
0
Żeby spaghetti pękło w jednym miejscu, trzeba łamać całą wiązkę
już oceniałe(a)ś
0
0