Хроника ломающихся спагетти
При желании и соответствующей подготовке сломать можно что угодно — от ивового прутика до железобетонной опоры моста. Однако с теорией здесь дело обстоит значительно хуже, чем с практикой. И вот физикам доктору Базилю Одоли (Basile Audoly) и доктору Себастьяну Нойкирху (Sébastien Neukirch) из парижской Лаборатории моделирования и механики при Университете Пьера и Марии Кюри, похоже, удалось обосновать неразрешимую, на первый взгляд, загадку ломающихся спагетти.
Действительно, этот весьма распространенный в юго-западной части европейского континента продукт долгие годы вводил в состояние легкой тревожности ученых, пытавшихся понять, отчего соломинка спагетти, если ее согнуть, ломается не на две половинки, а на несколько неравных частей. Даже нобелевский лауреат профессор физики Ричард Фейнман провел на кухне многие часы, ломая одну спагеттину за другой, пытаясь понять механику этого процесса, пишет ABC Science Online.
По мнению Базиля Одоли и Себастьяна Нойкирха, загадочное поведение спагетти связано с действием вибрационных волн, стремительно распространяющихся по стержню в момент первоначального излома. Вместо того чтобы постепенно прийти в состояние покоя, оставшиеся половинки спагетти поддаются действию вибрации и ломаются вновь — как раз посередине.
Одоли и Нойкирх пришли к такому выводу, проведя эксперимент, названный «катапульта», и проанализировав высокоскоростные видеозаписи этого процесса.
Эксперимент, пишут его авторы, состоял в следующем: спагетти аккуратно сгибали почти в полный круг, задерживали в таком положении, а затем резко отпускали один из ее кончиков. Как уже говорилось, спагетти, как правило, сразу же разламывалась на несколько фрагментов точно посередине между свободным и зафиксированным концами. Полученные данные были проанализированы с помощью динамических уравнений Кирхгофа для эластичных стержней, подтвердивших, что подвергнутая «катапультированию» спагетти, прежде чем завершится ее жизнь, проходит через три этапа:
1. Освобожденный конец спагетти быстро и очень резко выпрямляется, порождая поток изгибных волн.
2. Эти волны, в свою очередь, стремительно бегут к зафиксированному концу спагетти.
3. На конце они значительно усиливаются, встречая поток волн, бегущих в противоположном направлении.
Таким образом, разлом гибких стержней — это каскадный процесс, продолжающийся до тех пор, пока не затухнет поток вибрационных волн, порожденных первым изломом.
Исследователи надеются, что полученные ими новые данные позволят найти путь к построению более безопасных домов, мостов и других конструкций, зависящих от прочности входящих в них компонентов, а также лучше понять, как происходит перелом человеческой ноги, которая по многим параметрам напоминает спагетти.
Комментарий Игоря Иванова:
Многие, наверное, знают, что, строго говоря, устойчивых одномерных кристаллов не существует. Причина состоит в следующем. С одной стороны, для того, чтоб разбить одномерный кристалл на две части, требуется разорвать всего одну связь. С другой стороны, при любой, сколь угодно низкой, температуре по кристаллу взад-вперед бегают колебания деформации — фононы. Отдельные фононы из-за слабого взаимодействия друг с другом нескоррелированы, т. е. накладываются как попало.
Таким образом, по прошествии некоторого времени в каком-то месте кристалла случайно наложатся слишком много отдельных фононов, и локальная деформация станет столь большой, что разорвет кристалл. И избежать этого никак нельзя.
Так вот, эти ломающиеся спагеттины есть самая настоящая наглядная иллюстрация этого факта из статистической физики. Это спагеттины тоже ломаются потому, что в момент отпускания начинают бегать всяческие волны упругой деформации. Они в некоторых местах случайно накладываются друг на друга и превышают предел разлома. А результат мы видим как разлом на несколько кусочков.
Последние новости
