Dodano: 22 sierpień 2018r.

Rozwiązano długoletnią zagadkę łamania… spaghetti

Niemal niemożliwe jest złamanie suchego makaronu spaghetti tylko na dwie części. Nad tym problemem głowiły się najtęższe umysły z noblistą Richardem Feynmanem na czele. Zagadkę rozwiązali studenci z Massachusetts Institute of Technology, którzy pokazali, dlaczego tak się dzieje.

 

Jeśli weźmiemy nitkę suchego makaronu spaghetti za jej końce i zaczniemy ją wyginać, to nitka pęknie. To oczywiste, ale makaron nie podzieli się na dwie części. Zamiast tego otrzymamy trzy lub więcej kawałków. Taki eksperyment może wykonać każdy w swojej kuchni.

Zagadka ta znana jest od lat. Zastanawiał się nad nią nawet laureat Nagrody Nobla Richardem Feynmanem, który przyznał, że zdarzyło mu się kiedyś spędzić większą część nocy w kuchni łamiąc makaron i szukając wyjaśnienia tego fenomenu. Dlaczego tak się dzieje i jak złamać makaron na dwie części, pokazali studenci z Massachusetts Institute of Technology (MIT) w publikacji, która ukazała się na łamach „Proceedings of the National Academy of Science”.

 

Problem łamania się suchego makaron spaghetti może wydawać się trywialny, ale wbrew pozorom taki nie jest. Podobnie jak nitka makaronu zachowują się elementy konstrukcyjne w budynkach czy mostach.

Tajemnica ta pozostawała nierozwiązana aż do 2005 roku, kiedy to francuscy uczeni przedstawili przekonującą koncepcję opisującą siły działające na nitkę makaronu. Zauważyli oni, że równomierne wygięcie nitki spaghetti lub chociażby cienkiego pręta spowoduje złamanie się w pobliżu środka, gdzie jest najbardziej zakrzywiony. To wywoła na odłamanych kawałkach szybkie wibracje i naprężenia, które doprowadzą do kolejnych pęknięć, aż nie rozładuje się energia skupiona w nitce makaronu. Innymi słowy, fala wtórna spowodowana pierwszym pęknięciem powoduje dodatkowe pęknięcia.

Francuzi za swoją pracę zostali uhonorowani nagrodą Ig Nobla w 2006 roku – popularnie nazywaną Antynoblem. To utrzymany w żartobliwej konwencji konkurs, w którym zwycięzcy otrzymują milion dolarów zimbawiańskich (równowartość paczki zapałek) za najbardziej absurdalne badania naukowe. Praca Francuzów wyjaśniła, jakie siły stoją za zagadką łamania się spaghetti, ale pozostawało pytanie, czy można zmusić nitkę makaronu do złamania się na dwie części?

Odpowiedź na to pytanie znaleźli studenci z MIT. Znaleźli oni sposób na złamanie spaghetti na dwie części. Przeprowadzili eksperymenty z setkami nitek spaghetti. Zbudowali nawet specjalną maszynę do zginania i łamania makaronu. Młodzi badacze odkryli, ze kluczem jest odpowiednie skręcenie nitki makaronu. Jeśli nitka makaronu zostania skręcona o ponad 270 stopni i do tego powoli zginana, to z pewnością pęknie na pół.

Maszyna do łamania makaronu. Fot. MIT

Wyniki ich pracy mogą mieć zastosowanie wykraczające poza kulinarne ciekawostki. Mowa tu o lepszym zrozumieniu powstawania pęknięć i kontroli szczelin w materiałach podobnych do prętów, takich jak struktury wielowłóknowe, inżynierskie nanorurki, a nawet mikrotubule w komórkach.

- Interesujące będzie sprawdzenie, czy i w jaki sposób można użyć tego samego skręcenia do kontrolowania dynamiki pękania materiałów dwuwymiarowych i trójwymiarowych - powiedział współautor publikacji Jörn Dunkel, profesor fizyki stosowanej w MIT. - W każdym razie był to zabawny projekt interdyscyplinarny, rozpoczęty i prowadzony przez dwóch błyskotliwych i wytrwałych studentów, którzy prawdopodobnie nie chcą przez jakiś czas widzieć, łamać ani jeść spaghetti – zażartował.

Studenci opracowali również model matematyczny wyjaśniający zjawisko. Zaadoptowali i uogólnili wcześniejszą pracę francuskich uczonych dodając do tego element skręcania. Po pierwszym pęknięciu nitki makaronu najpierw pozbywają się naprężenia spowodowanego skręceniem. Proce ten jest znacznie szybszy niż poprzeczne oscylacje spowodowane wygięciem makaronu. Dodatkowo rozprasza skumulowaną w nitce energię tak, że nie występują dodatkowe krytyczne nagromadzenia naprężeń, które mogłyby spowodować kolejne pęknięcia.

 

Źródło: MIT, fot. Pixabay