Quattro volte i cereali per la colazione hanno invaso il mondo della fisica

Jun 14, 2023

Mentre la fisica viene spesso utilizzata per rispondere a domande come "quanto è grande l'universo?" e "come possiamo far saltare in aria quei tizi?", a volte punta un po' più in basso. Un po' prima. Un po' più gustoso.

Sì, sembra che i fisici apprezzino il pasto più importante della giornata tanto quanto il resto di noi, e una sorprendente quantità di capacità intellettuali da parte dei pensatori più intelligenti viventi è dedicata a capire le complessità del cibo preferito di Tony la Tigre. E alcuni dei fenomeni mostrati da Froot Loops potrebbero avere applicazioni nel resto del mondo.

Grrrrrrrreassimo!

I derivati ​​della posizione sono una serie complessa di parametri all'interno della fisica per consentire una descrizione del movimento quanto più accurata possibile - se si descrive il viaggio di un oggetto da A a B, facendolo in un modo che sia replicabile e analizzabile ben oltre "era lì e ora è qui e ci sono voluti circa cinque secondi." I primi tre sono velocità, accelerazione e strappo (ovvero, quanto sono fluidi o meno i momenti). Sono il quarto, il quinto e il sesto che iniziano a diventare divertenti: si chiamano snap, crackle e pop. Queste misurazioni - in senso stretto, "derivate del vettore posizione rispetto al tempo" - devono il loro nome a qualcuno che cerca semplicemente di farsi ridere. "Snap" aveva perfettamente senso come nome, e anche altri due derivati ​​​​avevano bisogno di un nome, e quel trio di gnomi onomatopeici vendeva cereali dal 1933. A questo punto fanno parte della psiche collettiva dell'umanità. Adoriamo dannatamente la colazione.

Sai come, in una ciotola con solo pochi Cheerios rimasti, tendono a raggrupparsi insieme? I fisici lo hanno notato, chiamandolo “effetto Cheerios”, e hanno studiato le sue potenziali ramificazioni nel campo della dinamica dei fluidi. Un articolo del 2019 uscito dalla Brown University lo ha descritto così: "L'effetto Cheerios nasce dall'interazione tra gravità e tensione superficiale - la tendenza delle molecole sulla superficie di un liquido ad aderire, formando una pellicola sottile sulla superficie. Piccolo oggetti come i Cheerios non sono abbastanza pesanti da rompere la tensione superficiale del latte, quindi galleggiano. Il loro peso, tuttavia, crea una piccola ammaccatura nella pellicola superficiale. Quando un'ammaccatura dei Cheerio si avvicina abbastanza a un'altra, cadono l'uno nell'altro , unendo le loro ammaccature e formando infine grappoli sulla superficie del latte."

Nel frattempo, gli scienziati della Queen Mary University di Londra hanno invertito l’effetto per evitare il raggruppamento e la dispersione degli oggetti nell’acqua. Si pensa che tutto abbia applicazioni utili in cose come la dinamica del menisco e la nanotecnologia liquida.

Ci siamo passati tutti: tiri fuori il sacchetto interno da una nuova scatola di cereali per aprirla e tutta l'uvetta (se sei sano) o i marshmallow (se non lo sei) sono in cima, come la testa su un bicchiere di birra ma più esasperante. Non vorrai mangiare una ciotola di uvetta al 90% e poi avere crusca insipida per le prossime due settimane. Sicuramente sono mescolati in fabbrica, quindi perché è tutto separato?

Un articolo del 2021 su Scientific Reports intitolato "Size Segregation of Irregular Granular Materials Captured by Time-Resolved 3D Imaging" ha applicato la tomografia a raggi X assistita da computer a sacchi di noci miste per risolvere il problema del motivo per cui le noci del Brasile finiscono sempre in cima - ovvero lo stesso fenomeno dell'uvetta e dei marshmallow - e ho scoperto che le noci/uvetta ecc. si spostano verso l'alto solo quando sono orientate in posizione verticale. Gli usi di questa conoscenza sono lungi dall'essere limitati alla colazione e agli spuntini, tuttavia, come ha detto ai giornalisti l'autore principale: "Questo ci consentirà di progettare meglio le attrezzature industriali per ridurre al minimo la segregazione dimensionale, portando così a miscele più uniformi. Questo è fondamentale per molti settori. , ad esempio garantendo una distribuzione uniforme dei principi attivi nelle compresse medicinali, ma anche nella trasformazione alimentare, nell'estrazione mineraria e nell'edilizia."

In altre parole, un giorno la tua vita potrebbe essere salvata da farmaci perfezionati dalla scienza e raccolti da una grande ciotola di portafortuna.

Se c'è una cosa che i fisici amano ancora più della colazione, è schiacciare oggetti per vedere cosa succede. Una squadra di San Diego e Sydney ha messo i Rice Krispies in camere di compressione per registrare come le scatole di cereali venivano trattate mediante un'enorme pressione. Hanno visto una complessità molto maggiore nel modo in cui il cereale è stato deformato (una parola scientifica, non offensiva) di quanto chiunque si aspettasse: tre diversi tipi di deformazione dipendente dalla velocità e una banda di compattazione in propagazione registrati visivamente per la prima volta nella materia granulare. Potrebbe avere usi salvavita in contesti diversi dalla colazione: gli studi sulla “materia croccante” sono ancora nella loro relativa infanzia, ma data la relativa somiglianza tra i cereali e, per esempio, la neve in una valanga (fragile, porosa e in enormi dimensioni, ' numeri), ciò potrebbe portare a una migliore comprensione della stabilità dei cumuli di neve dopo una valanga.