Секреты спагетти

4 Апр
2013

Почему, если взять сухое спагетти за оба конца и согнуть, то оно ломается всегда не менее чем на три части?

И правда странно. Если взять спагетти за оба конца и сгибать до тех пор, пока оно не сломается, казалось бы, обломков должно быть всего два, но, как правило, их оказывается три или больше.

Что понадобится:

  • сухие спагетти;
  • емкость для обломков.

Что делать? Возьмите спагетти за оба конца и сгибайте, пока не сломается. Повторите то же самое с другими спагетти.

Что можно наблюдать? Почти во всех случаях спагетти будут ломаться на три и более части. И даже когда, казалось бы, их всего две, обычно можно обнаружить где-нибудь на полу отлетевший осколок.

Что происходит? Во-первых, когда мы сгибаем спагетти, обычно они ломаются не в высшей точке изгиба, где напряжение максимально: как правило, виной тому внутренние дефекты спагетти. Первый разлом возникает где-то рядом с местом сгиба, где уровень напряжения и размеры дефектов достигают критической величины. Спагетти ломается на короткую и длинную части. После надлома, когда длинный обломок проходит путь в противоположном направлении; от хлесткого, как удар кнута, движения кончик преодолевает нейтральную точку (точку первоначального состояния покоя прямого спагетти) и воздействует на очередное слабое место в длинном обломке. Такой дефект уже обнаружился на наружной стороне деформированного спагетти при первом сгибании, поэтому не потребуется много времени, чтобы при сгибании в противоположном направлении здесь появилась трещина.

Во-вторых, последовательность событий можно определить, изучив концы обломков спагетти. При разламывании трещина возникает на растянутой, выпуклой стороне и заканчивается неровным краем на сжатой, вогнутой стороне, где обычно от одного края разлома откалывается небольшая щепка. Кроме того, при тщательном изучении среднего обломка спагетти выясняется, что такие щепки образуются с обоих концов и на противоположных сторонах.

Это свидетельствует о том, что два разлома в средней части спагетти возникают при сгибании в противоположные стороны, что соответствует динамике линейных структур спагетти.

Данный феномен подробно рассмотрели Базиль Одоли и Себастьян Нойкирх в статье «Фрагментация стержней при каскадных разломах: почему спагетти не ломаются пополам» (Fragmentation of rods by cascading cracks: Why spaghetti does not break in half), опубликованной журналом Physical Review Letters (vol. 95), за которую получили Шнобелевскую (или Игнобельскую) премию по физике в 2006 г. (см. ниже).

Одоли и Нойкирх ломали спагетти различной толщины и длины, зажав один конец и создавая изгиб путем воздействия на второй конец. Они обнаружили, что неожиданный разлом на три части возникает из-за так называемых поперечных упругих волн (волн изгиба). Когда кривизна спагетти достигает критической точки, появляется первый разлом. Возникающая при этом ударная нагрузка создает в каждом из двух получившихся обломков спагетти поперечную упругую волну, распространяющуюся с высокой скоростью и амплитудой.

Два куска, получившихся в результате первого разламывания, не успевают оправиться от удара и распрямиться, когда на них обрушивается поперечная упругая волна: она усиливает искривление и вызывает новые разломы, что влечет за собой появление каскада трещин в веществе. При этом зачастую возникает более трех обломков.

Ломать спагетти — однообразное, хоть и забавное, времяпрепровождение, однако труд Одоли и Нойкирха стал источником важных сведений о повреждениях других удлиненных и ломких структур, в том числе человеческих костей и пролетов мостов.

P.S. В иллюстрированной биографии Ричарда Фейнмана «Необыкновенный гений» (No Ordinary Genius), изданной в 1994 г., Дэнни Хиллс описывает эксперименты со спагетти, которые он проводил вместе с Фейнманом: «Если взять сухую палочку спагетти и сломать ее, вместо того чтобы разломиться пополам, она всегда делится на три части. Почему так происходит, почему спагетти всегда ломаются натрое?.. В итоге мы потратили пару часов, завалили обломками спагетти всю кухню, но так и не поняли, почему спагетти ломаются на три части». По-видимому, такое случалось нередко: в доме Фейнмана гостям вручали спагетти и просили помочь в решении задачи.

Отрадная ирония сквозит в том факте, что задачу, поставившую в тупик лауреата Нобелевской премии Фейнмана, разрешили люди, которым достался только антинобелевский приз — Шнобелевская (Игнобельская) премия по физике в 2006 г., через 41 год после награждения Фейнмана. Нобелевскую премию вручают за высшие достижения в той или иной области науки, а Шнобелевскую (Игнобельскую), антипод Нобелевской, — за успехи в сфере невероятных, абсурдных и зачастую нелепых исследований.

Что еще почитать? Видеозаписи с ломанием спагетти можно увидеть на сайте, там же вы подробнее узнаете об исследованиях Одоли и Нойкирха.

Книга «Необыкновенный гений» вышла под редакцией Кристофера Сайкса в издательстве W.W. Norton & Company.


 

Комментарии:

наверх