Самая смешная в приготовлении кукуруза

Самая смешная в приготовлении кукуруза

Попкорн: критическая температура, прыжок и звук

Попкорн

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".

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.

Попкорн, уложенный на горячую плиту, записывали 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).

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.

В экспериментальную установку добавлен микрофон на расстоянии 30 см от попкорна, разложенного на горячей плите. Акустическая запись синхронизируется с высокоскоростной камерой. 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. Звук запускается выбросом пара. Последующие взрывы можно интерпретировать как выбросы карманов водяного пара под давлением, вызывающие повторяющиеся возбуждения звука. Поп, поп, поп.

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", The Royal Society Interface 12: 20141247, 16 января 2015.