Четыре раза хлопья для завтрака вторглись в мир физики

Jun 14, 2023

Хотя физика часто используется для ответа на такие вопросы, как «насколько велика Вселенная?» и «как мы можем взорвать этих парней?», он иногда ставит перед собой задачу немного ниже. Немного раньше. Немного вкуснее.

Да, кажется, физики наслаждаются самой важной едой дня так же, как и все мы, и удивительное количество умственных способностей самых умных мыслителей из ныне живущих посвящено выяснению сложностей любимой еды Тони Тигра. И некоторые из явлений, демонстрируемых Froot Loops, могут найти применение в остальном мире.

Гррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррт!

Производные положения — это сложная серия показателей в физике, позволяющая максимально точно описать движение — если описывать путешествие объекта из А в Б, то делать это таким образом, чтобы его можно было воспроизвести и проанализировать, выходя за рамки «он был там и теперь оно здесь, и это заняло около пяти секунд». Первые три — это скорость, ускорение и рывок (т. е. насколько плавны или нет моменты). Именно четвертый, пятый и шестой начинают напоминать завтрак — их называют снэп, треск и поп. Эти измерения — строго говоря, «производные вектора положения по времени» — обязаны своим названием кому-то, кто просто пытается рассмешить себя. Название «Snap» имело смысл, и еще два производных также нуждались в названии, и это трио звукоподражательных гномов продавало хлопья с 1933 года. На данный момент они являются частью коллективной психики человечества. Мы чертовски любим завтракать.

Вы знаете, как в миске, где осталось всего несколько Cheerios, они имеют тенденцию группироваться вместе? Физики заметили это, назвав это «эффектом Чириоса», и исследовали его потенциальные последствия в области гидродинамики. В статье, опубликованной в 2019 году в Университете Брауна, это описано так: «Эффект Чириоса возникает в результате взаимодействия силы тяжести и поверхностного натяжения — тенденции молекул на поверхности жидкости слипаться, образуя тонкую пленку по всей поверхности. такие предметы, как Cheerios, недостаточно тяжелы, чтобы нарушить поверхностное натяжение молока, поэтому они плавают. Однако их вес создает небольшую вмятину на поверхности пленки. Когда одна вмятина Cheerios оказывается достаточно близко к другой, они падают друг на друга. , сливая вмятины и в конечном итоге образуя скопления на поверхности молока».

Тем временем ученые из Университета Королевы Марии в Лондоне инвертировали эффект, чтобы избежать скопления и рассредоточения объектов в воде. Считается, что все это может найти удобное применение в таких вещах, как динамика мениска и жидкостная нанотехнология.

Мы все были в таком состоянии — вы вытаскиваете внутренний пакет из новой коробки с хлопьями, чтобы открыть его, а весь изюм (если вы здоровы) или зефир (если вы здоровы) оказывается наверху, например голова на стакане пива, но это еще больше бесит. Вы не хотите съесть миску 90-процентного изюма, а затем есть безвкусные отруби в течение следующих двух недель. Конечно, на заводе они смешиваются, так почему же все отдельно?

В статье 2021 года в журнале Scientific Reports, озаглавленной «Сегрегация по размеру гранулированных материалов неправильной формы, полученная с помощью 3D-изображений с временным разрешением», компьютерная рентгеновская томография была применена к мешкам со смешанными орехами, чтобы решить проблему, объясняющую, почему бразильские орехи всегда оказываются наверху. — то же самое явление, что и изюм и зефир — и обнаружил, что орехи/изюм и т. д. перемещаются вверх только тогда, когда они ориентированы вертикально. Однако использование этих знаний далеко не ограничивается завтраком и перекусами, как сказал журналистам ведущий автор: «Это позволит нам лучше проектировать промышленное оборудование, чтобы минимизировать сегрегацию по размерам, что приведет к более однородным смесям. Это имеет решающее значение для многих отраслей промышленности». , например, обеспечивая равномерное распределение активных ингредиентов в медицинских таблетках, а также в пищевой промышленности, горнодобывающей промышленности и строительстве».

Другими словами, однажды ваша жизнь может быть спасена с помощью лекарства, отточенного наукой и полученного из большой миски талисманов удачи.

Если есть что-то, что физики любят даже больше, чем завтрак, так это хлюпанье, чтобы посмотреть, что получится. Одна команда из Сан-Диего и Сиднея поместила рисовые крисписы в камеры сжатия, чтобы зафиксировать, как коробки с хлопьями подвергались воздействию огромного давления. Они увидели гораздо большую сложность в том, как деформируется зерно (научное слово, а не оскорбительное), чем кто-либо ожидал — три различных типа деформации, зависящей от скорости, и распространяющаяся полоса уплотнения, впервые зафиксированная визуально в зернистом веществе. Его можно было бы использовать для спасения жизней в контексте, не связанном с завтраком: исследования «хрустящей материи» все еще находятся в относительном зачаточном состоянии, но, учитывая относительное сходство между хлопьями и, скажем, снегом в лавине (хрупким, пористым и огромным чертовым снегом). цифры), это может привести к лучшему пониманию устойчивости сугробов после схода лавин.