Naukowcy z MIT Kontrolują Pękanie Suchego Makaronu Spaghetti Poprzez Skręcanie

Wieloletnia zagadka fizyczna, dotycząca mechanizmu, dla którego suchy makaron spaghetti nie łamie się czysto na dwie części, lecz rozpada się na wiele fragmentów, została rozwiązana dzięki interdyscyplinarnym badaniom przeprowadzonym przez naukowców z Massachusetts Institute of Technology (MIT). Zjawisko to, intrygujące fizyków od dziesięcioleci, w tym laureata Nagrody Nobla Richarda Feynmana, doczekało się naukowego wyjaśnienia wykraczającego poza kontekst kulinarny.

Pierwsza znacząca próba teoretycznego ujęcia tego fenomenu miała miejsce w 2005 roku, kiedy francuscy fizycy, Basile Audoly i Sebastien Neukirch, przedstawili model wyjaśniający wielofragmentowe pękanie. Ich teoria sugerowała, że inicjujące pęknięcie wywołuje efekt „snap-back” oraz falę zginającą, które prowadzą do wtórnych pęknięć wzdłuż nitki makaronu. Za to odkrycie, opublikowane w Physical Review Letters, Audoly i Neukirch otrzymali w 2006 roku Nagrodę Ig Nobla w dziedzinie fizyki.

Zespół z MIT, w skład którego wchodzili Jörn Dunkel, Ronald Heisser oraz Vishal Patil, podjął wyzwanie kontrolowania tego procesu w celu wymuszenia pęknięcia na dokładnie dwa kawałki. Badacze skonstruowali specjalistyczną aparaturę zdolną do precyzyjnego wyginania i skręcania setek nitek makaronu, w tym odmian Barilla No. 5 i No. 7, rejestrując zdarzenia z prędkością do miliona klatek na sekundę. Kluczowym odkryciem, opublikowanym w Proceedings of the National Academy of Sciences, jest to, że kontrolowane pęknięcie na dwa fragmenty jest możliwe po skręceniu makaronu o około 270 do 360 stopni przed powolnym zginaniem.

To specyficzne skręcenie neutralizuje wibracje odpowiedzialne za kaskadowe pękanie, osłabiając efekt „snap-back” i wprowadzając zjawisko „twist-back”, które uwalnia energię, zapobiegając dodatkowym pęknięciom. Praca zespołu MIT, w której uczestniczyli również Norbert Stoop z MIT oraz Emmanuel Villermaux z Université Aix Marseille, demonstruje, że wprowadzenie momentu skręcającego zmienia prędkości propagacji fal skręcających i zginających. To pozwala na zapobieżenie akumulacji naprężeń prowadzących do drugiego pęknięcia, co stanowi istotny wkład w mechanikę pękania materiałów podłużnych i kruchych.

Implikacje naukowe tego przełomu są znaczące dla fizyki stosowanej, dostarczając rygorystycznych ram do kontrolowania kaskad pęknięć w innych materiałach inżynieryjnych, takich jak belki konstrukcyjne czy włókna. Richard Feynman, który wraz z Danny'm Hillisem badał tę zagadkę przed rokiem 1988, doceniłby zastosowanie zaawansowanych metod badawczych do tak powszechnego zjawiska, co rzuca nowe światło na inżynierię materiałową.