Πόσο από τη ζωή σας ξοδεύετε περιμένοντας να στάξουν οι τελευταίες σταγόνες σιροπιού, ελαιολάδου ή ακόμα και bodywash από ένα δοχείο; Αυτό το συνηθισμένο τεστ υπομονής οφείλεται εξ ολοκλήρου στη σύνθετη δυναμική των υγρών. Αλλά χάρη στους φυσικούς του Πανεπιστημίου Μπράουν, οι άνθρωποι δεν χρειάζεται πλέον να μαντεύουν πόσος χρόνος μπορεί να χρειαστεί για να αδειάσετε τελικά αυτό το μπουκάλι κέτσαπ – υπό την προϋπόθεση ότι γνωρίζετε καλά τα σωστά μαθηματικά.
Σύμφωνα με τους Jay Tang και Thomas Dutta, συν-συγγραφείς μιας μελέτης που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο Φυσική Ρευστώνπρέπει συγκεκριμένα να γνωρίζετε για τις εξισώσεις Navier-Stokes. Αυτοί οι τύποι χρησιμοποιούν αρχές διατήρησης της μάζας για να περιγράψουν πώς κινούνται τα ρευστά με βάση τον δεύτερο νόμο κίνησης του Νεύτωνα (η δύναμη ισούται με τη μάζα επί την επιτάχυνση).
Το Tang εστιάζει συνήθως στη βιοφυσική των βακτηρίων και στο πώς λειτουργούν και αναπτύσσονται οι οργανισμοί σε υγρές επιφάνειες. Ωστόσο, αυτές οι σχέσεις είναι πολύ πιο εύκολο να μελετηθούν με καθημερινές πηγές όπως τα υγρά της κουζίνας. Ο Ντούτα θυμήθηκε ότι η γιαγιά του προσπαθούσε πάντα να βγάλει τις τελευταίες σταγόνες από χαρτοκιβώτια και δοχεία, ενώ ο Τανγκ είχε τα δικά του προβλήματα όταν καθάριζε το μαντεμένιο τηγάνι του.
“Και στις δύο περιπτώσεις, η σχετική φυσική περιλαμβάνει τη ροή λεπτών στρωμάτων υγρού σε μια επιφάνεια. Αυτή η φυσική είναι παντού και στην τακτική έρευνά μας, οπότε αποφασίσαμε ότι αυτή θα ήταν μια ωραία άσκηση προπόνησης.” είπε η Ντούτα.
Οι ερευνητές εστίασαν συγκεκριμένα σε αυτό που είναι γνωστό ως ιξώδες καθεστώς στις εξισώσεις Navier-Stokes. Αυτά εξηγούν την κίνηση ενός υγρού όταν υπαγορεύεται από εσωτερική τριβή. Ο Dutta χρησιμοποίησε τις εξισώσεις για να προβλέψει πόσο χρόνο χρειάζονται ρευστά με διαφορετικό ιξώδες για να προχωρήσουν κατά μήκος μιας γωνίας προς τα κάτω. Έριχναν στη συνέχεια υγρά όπως νερό, πλήρες γάλα, βούτυρο και ελαιόλαδο σε ένα πιάτο που είχε κλίση σε γωνία 45 μοιρών, ζυγίζοντας τα υγρά καθώς έτρεχαν από το πιάτο μέχρι το 90% να φύγει από την επιφάνεια.
Οι θεωρητικοί υπολογισμοί της ομάδας υποστηρίχθηκαν σε μεγάλο βαθμό από τα αποτελέσματα και έδειξαν ότι όλα έχουν να κάνουν με το ιξώδες. Το νερό έφτασε το 90 τοις εκατό σε λίγα μόνο δευτερόλεπτα. Εν τω μεταξύ, το κρύο σιρόπι σφενδάμου θα μπορούσε να πάρει ώρες να κάνει το ίδιο. Ωστόσο, οι φυσικοί έμαθαν μερικά νέα μαθήματα στη διαδικασία.
“Έμεινα έκπληκτος και στην πραγματικότητα λίγο απογοητευμένος. Συνήθως περιμένω μόνο περίπου ένα ή δύο λεπτά, αλλά αποδεικνύεται ότι πρέπει να είμαι πολύ πιο υπομονετικός”, εξομολογήθηκε ο Tang.
Ο Τανγκ συχνά τελειώνει τον καθαρισμό της κουζίνας μιας νύχτας αφήνοντας το γουόκ του να καθίσει για μια στιγμή στον πάγκο. Ποτέ δεν στεγνώνει το τηγάνι με ένα πανί, γιατί έτσι αφαιρείται το καρύκευμα λαδιού. Ταυτόχρονα, θέλει όσο λιγότερο υγρό να παραμείνει στο γουόκ για να μειώσει κάθε πιθανότητα σκουριάς. Μετά από λίγα λεπτά, γέρνει το τηγάνι πάνω από τον νεροχύτη για δεύτερη φορά για να βγει όσο το δυνατόν περισσότερο. Με βάση τόσο τους υπολογισμούς της μελέτης όσο και τα πειράματα, αποδεικνύεται ότι ο Tang χρειάζεται τεχνικά να περιμένει έως και 15 λεπτά πριν κάνει την απαραίτητη δεύτερη κλίση.
Αν και είναι χρήσιμες στην κουζίνα, οι εξισώσεις της ομάδας υπερβαίνουν κατά πολύ τον καθαρισμό του γεύματος. Οι Tang και Dutta μπορούν τώρα να χρησιμοποιήσουν αυτούς τους υπολογισμούς για να βοηθήσουν στην περαιτέρω έρευνά τους στη δυναμική των βακτηρίων.
“Εκτός από την πλευρά της προπόνησης, αυτή η φυσική βρίσκεται παντού στην κύρια έρευνά μας. Τυχαίνει να είναι επίσης η καθημερινή ρευστή φυσική της κουζίνας”, είπε ο Tang.
VIA: popsci.com
