Per il nuovo Anno festaioli saranno diretti a tutti i tipi di parti di stasera, e le probabilità sono una buona percentuale sarà tentato dalla presenza di una fontana di cioccolato—solo un teensy po ‘ di indulgenza prima di quelle risoluzioni calcio. Forse quelli scientifici, piegato potrebbe trovare se stessi meditando, solo per un attimo, il complicato fisica coinvolta in tutto ciò che bontà cioccolatosa.
Ora sappiamo un po ‘ di più su quelle dinamiche, grazie agli sforzi di Adamo Townsend, uno studente laureato presso la University College di Londra. Ha deciso di capire il perchè di quella “cortina” di cioccolato fuso cade sempre verso l’interno, e il conseguente carta apparso il mese scorso nella Rivista Europea di Fisica.
Tutto è iniziato con Townsend consigliere, Helen Wilson, escursioni di un giorno, quando i suoi pensieri si rivolsero al comportamento particolare di una fontana di cioccolato. I suoi colleghi del dipartimento di matematica applicata offerto alcune spiegazioni possibili, ma nessuno poteva essere d’accordo. Così ha aggiunto alla sua lista di possibili progetti per i suoi studenti. Che quando Townsend si avventò su di esso. “C’erano alcune parole tecniche sul progetto di lista”, ha detto al Washington Post. “E poi ho visto ‘fontana di cioccolato,’ e io ho detto, ‘Aha! Che l’uno””.
Da un punto di vista della fisica, cioccolato fuso è un tipo di non-fluido Newtoniano. In un tradizionale fluido Newtoniano come l’acqua, la viscosità genericamente definito come molto attrito/resistenza al flusso in una sostanza—è in gran parte dipende dalla temperatura e pressione: acqua continua a scorrere, indipendentemente dalle altre forze che agiscono su di esso, come essere agitato o mescolato. Non fluido Newtoniano, la viscosità cambia in risposta ad una tensione applicata o forza di taglio, quindi a cavallo del confine tra liquido e solido comportamento. Sicuramente hai visto tutti i video di YouTube che mostra la gente a piedi attraverso una miscela di acqua e amido di mais, che si solidifica in risposta allo stress.
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Sangue, ketchup, yogurt, sughi, fango, budino, crema pasticcera, addensate la farcitura di torte, miele e altri esempi di fluidi non Newtoniani. Non tutti i liquidi sono uguali: essi rispondono a stress o a una forza di taglio in modi diversi. Con la crema, la viscosità aumenta con lo stress nel corso del tempo: più si è whip it, il più spesso si arriva. Crema diventa anche più solido viscosità aumenta con l’aumento dello stress—mentre il miele, ketchup o salsa di pomodoro diventare più fluido, come la viscosità diminuisce lo stress nel corso del tempo. Questi ultimi sono noti come fluidificare il taglio fluidi non Newtoniani.
Cioccolato fuso diventa meno viscoso sotto stress. Per la loro analisi, Townsend e Wilson diviso il comportamento di flusso in tre fasi: una in cui il cioccolato è in viaggio attraverso il tubo all’interno della fontana, una seconda in cui il cioccolato si forma un sottile film che scorre oltre la cupola, e, infine, che bella cortina di fuso yumminess solo in attesa per voi, per immergersi ogni sorta di deliziosi stuzzichini.
Nel tubo di flusso fase, hanno trovato il cioccolato in movimento di seguito uno standard curva parabolica, con una bella fast flow, come si viaggia sul tubo. Il cioccolato si assottiglia e rallenta il flusso sulla cupola nella seconda fase. Come per il terzo “tenda” di fase, la principale forza che agisce sul cioccolato a che punto è la tensione superficiale.
La dinamica è simile a un campanello d’acqua, qualcosa di Wilson ha sottolineato che potrebbero essere facilmente integrato in cucina: “Solo fissare una penna in verticale sotto un rubinetto con un 10p moneta piatto sulla parte superiore e vedrete una bella campana a forma di fontana di acqua.”
Townsend ha trovato questo lavoro fa per un’eccellente lezione dimostrativa orientata verso il pubblico in generale, forse perché i membri del pubblico sono così desiderosi di assaggiare il cioccolato in seguito. Ma serve anche come una grande introduzione alle nozioni di base di fluidi non Newtoniani. “Se riesco a convincere anche solo una persona che la matematica è più il Teorema di Pitagora, io sono riuscito”, ha detto in una UCL press release. E i modelli effettivi potrebbero contribuire a una migliore comprensione di liquido simile comportamento, come fiumi di lava vulcanica, film lacrimale negli occhi, e come i plasma sono estratti da reattori a fusione nucleare.
Soprattutto, però, “fontane di Cioccolato sono solo fresco, non è vero?” Townsend entusiasmato. Sì. Sì, sono davvero.
Riferimento:
Townsend, A. K. e Wilson, H. J. (2015) “La dinamica dei fluidi, fontana di cioccolato,” European Journal of Physics 37: 1.
[Via Fuck Yeah Fluidodinamica]
Immagini: A. Townsend e H. Wilson/UCL