Fizyka w kuchni

Dopiero kilka lat temu udał się zarejestrować kamerą cyfrowa zjawisko pękania makaronu z wystarczającą do jego zrozumienia prędkością 1000 klatek na sekundę.

Gdy na przykład zginamy plastikowa linijkę aż do pęknięcia, końcówki powstałych kawałków drgając wytracają energię. W przypadku makaronu czy przypominających go kształtem prętów energia gromadzi się z reguły w połowie zginanego odcinka, ale powstające końcówki nie drgają - z miejsca pęknięcia rozchodzi się natomiast zaburzenie podobne do fali uderzeniowej, co powoduje powstawanie kolejnych pęknięć (powstają one jedno po drugim, a nie równocześnie).

Również ugotowany makaron jest dla fizyka ciekawym modelem. Prowadzone na nim badania pozwalają odtworzyć zachowanie lin - na przykład takich, na których wiszą mosty, kolejki linowe albo alpiniści - a także kabli, również podmorskich kabli światłowodowych.

Badania nad makaronem przeprowadził kilka lat temu profesor z Politechniki Poznańskiej. Gotował spaghetti, zwilżał je oliwą, następnie wiązał węzły na makaronowych nitkach i ciągnął, obserwując, w którym miejscu pękają. Jak się okazało, makaron pękał w miejscu, w którym jego zakrzywienie było największe - bowiem był tam najbardziej rozciągany. Dlatego lina z węzłem zrywa się przy obciążeniu, które wytrzymuje lina bez węzła. Im bardziej poplątany węzeł, tym gorzej dla wytrzymałości.

Badania na makaronie są znacznie łatwiejsze niż przy użyciu prawdziwych lin, ponieważ zrywa się on pod wpływem niewielkiej siły, co ogranicza koszty urządzeń laboratoryjnych. Sam proces zrywania przebiega wolniej i łatwiej go zarejestrować, a i makaron jest bardzo tani (jak również biodegradowalny).

Ściekający spiralnie miód to dobry model helikalnej niestabilności strumienia. Jest lepki, dlatego nie nadąża z rozpływaniem się po dnie naczynia, tworząc na nim stożek. Spływając dalej, nitka miodu spada z "górki" i zaczyna opływać ją wokół, krążąc w lewo lub w prawo. Powstaje helisa, powszechnie, choć nieprawidłowo zwana spiralą. Jej nowe zwoje nakładają się na zwoje wcześniejsze.

Z kolei kopczyk mąki czy cukru to samoorganizujący się stan krytyczny - z jego zboczy spadają miniaturowe lawiny. Ten nieprzewidywalny dla naukowców proces przypomina prawdziwe kataklizmy i poświęcono mu wiele prac naukowych.

Cukier ma jeszcze inną ciekawą właściwość - tryboluminescencję. Jeśli w całkowitej ciemności uderzyć w rozsypany grubokrystaliczny cukier młotkiem, ucierać go w szklance czy wsypać do nastawionego na wysokie obroty miksera - zaczyna świecić na niebiesko (trzeba wcześniej pobyć trochę w ciemności, aby oczy się przyzwyczaiły). Jeden z użytkowników YouTube nawet strzelił do kostki cukru z długiej broni!

Podczas zgniatania kryształu cukru zrywa się część wiązań chemicznych. Jeśli koncentracja powstających ładunków elektrycznych jest wystarczająco duża, pole staje się tak silne, że wyrwane z orbit elektrony poruszają się w kierunku obszarów o dodatnim ładunku, pobudzając cząsteczki azotu zawartego w powietrzu. Pobudzone cząsteczki emitują głównie promieniowanie ultrafioletowe, ale także nieco widzialnego światła niebieskiego.

A co można zrobić z margaryną? Na przykład badać formowanie planet. Trzeba włożyć nieco margaryny do szklanki (nadającej się do użycia w mikrofalówce) - i ostrożnie użyć mikrofalówki. Wystarczy chwila, aby tłuszcz się stopił. Teraz bardzo ostrożnie wyjmujemy gorącą szklankę i odstawiamy na dwie minuty. Stygnąc powoli, rozdziela się ona na dwie warstwy - górną żółtą i przezroczystą dolną. Czyli na cięższą wodę i lżejszy tłuszcz.

Podobny proces zachodził podczas formowania planet z ciekłej materii - cięższe substancje opadały do wnętrza tworzącej się planety, powstawało jej metaliczne jądro, na powierzchni zaś unosiły się niewielkie zakrzepłe fragmenty, składające się głownie z krzemianów. W końcu uformowało się metaliczne jądro o dużej gęstości, otoczone lżejszym kamiennym płaszczem.