Самая смешная в приготовлении кукуруза

Попкорн: критическая температура, прыжок и звук

Эммануэль Вирот (Emmanuel Virot), Политехническая школа (Ecole Polytechnique), Александр Пономаренко (Alexandre Ponomarenko), Университет Гренобля (Grenoble University), Франция, издали работу "Попкорн: критическая температура, прыжок и звук" (Popcorn: critical temperature, jump and sound), The Royal Society Interface 12: 20141247, 16 января 2015.

Попкорн - самая смешная в приготовлении кукуруза, он прыгает и издает веселые звуки. Когда температура попкорна превышает 100 С, содержащаяся в нем влага кипит и достигает термодинамического равновесия при давлении пара, как в скороварке. Выше критического давления пара корпус разрушается. Затем попкорн прыгает на высоту от несколько миллиметров до нескольких сантиметров и издается характерный звук "поп". Авторы обсуждают возможные физические истоки такого поведения с помощью инструментов термодинамики и механики разрушения.

Попкорн помещали в духовку и повышали температуру с шагом 10C градусов. 34% попкорна лопнули при 170С (17 из 50). 96% попкорна лопнули при 180С (48 из 50), что указывает на четко определенную критическую температуру, близкую к 180С. Зерна попкорна содержат около 20 мг воды. Температура является критической, когда орторадиальное напряжение, создаваемое в оболочке зерна паром, превышает предел прочности оболочки. Это согласуется со сценарием поведения элементарного сосуда под давлением. Критическая температура является очень высокой по сравнению с окружающей температурой в 20 C. Следовательно, маловероятно увидеть лопающийся попкорн без участия человека.
Попкорн 180С

Попкорн, уложенный на горячую плиту, записывали высокоскоростной камерой Phantom v9 со скоростью 2900 кадров в секунду. Нагревательная пластина установлена на 350С, тогда как комнатная температура составляет 20С, так что попкорн частично нагревается при необходимой температуре 180С. После приблизительно 1 мин образуется расслоение оболочки зерна. После разрушения оболочки и начала разрастания мякоти (через 6,9 мс) наблюдалось образование "ножки" (фрагмента оболочки), которая сжимается на плите (при 13,8 мс). Эта "ножка" разжимается и попкорн прыгает (при 20,7 мс). Скорость вращения попкорна практически постоянна, что означает - попкорн более плотный в центре во время прыжка.

Сальто попкорна не является идеальным, потому что 5% энергии теряется при горизонтальном движении. Во время разогрева попкорн сохраняет тепловую и эластичную энергию, которая частично высвобождается в кинетическую энергию "ножки". Начальная горизонтальная скорость равна 0,12 м/с, начальная вертикальная скорость равна 0,39 м/с, а начальная скорость вращения составляет 120 рад/с. Энергия скачка достигает 20 мДж. Начальное ускорение попкорна составляет примерно 200 м/сc. Для сравнения: блоха размером 1 мм прыгает со скоростью 1 м/с и ускорением 1000 м/сc.
звук Поп

В экспериментальную установку добавлен микрофон Neumann KM 84 (40–16 000 Гц). Микрофон установлен на расстоянии 30 см от попкорна, разложенного на горячей плите. Акустическая запись синхронизируется с высокоскоростной камерой Phantom Miro 4 (2000 кадров в секунду). Первым делом при нагреве открывается часть оболочки, не издавая никакого звука. Затем, через 100 мс, начинается второй разлом, за которым через 6 мс следует начало "попсового" звука. Оба разлома увеличиваются, в то время как ножка продолжает движение к горячей плите. Звук "поп", начиная с 106 мс, длится примерно 50 мс, без четкой доминирующей частоты, но с резкими всплесками при 110, 115 и 121 мс.

Звук не вызван отскоком, потому что он происходит перед прыжком. Разумно предположить, что звук запускается выбросом пара. Точнее, падение давления возбуждает полости внутри попкорна, как если бы это был акустический резонатор. Такой сценарий применяется к акустике вулкана и пробки от шампанского. Последующие взрывы можно интерпретировать как выбросы карманов водяного пара под давлением, вызывающие повторяющиеся возбуждения звука. Поп, поп, поп.

Комментарий:

Шнобелевская премия 2011 литература

Люди могут быть мотивированы делать сложные задачи, если эти задачи являются способом не делать нечто более сложное. Чтобы работы выполнялись, необходимо создать сложную иерархию задач в порядке важности от самой наименее актуальной, до наиболее важной
подробнее

Шнобелевская премия 2013 археология

Пережевывание пищи является существенной частью истории. В каждой маленькой кучке, оставшейся от древних блюд, таится множество тайн и загадок. Детали описаны в исследовании, в котором части землеройки были восстановлены после того, как один автор их съел
подробнее

Источник - пресса

Шнобель Процедура Пресса Анналы Архив Статьи Шнобелист