Исследователи MIT решили физическую задачу о переломе спагетти на две части

Группа исследователей из Массачусетского технологического института (MIT) разрешила классическую физическую задачу, десятилетиями остававшуюся нерешенной: почему сухие спагетти при изгибании неизменно ломаются на три или более фрагментов, а не ровно на две части. Эта дилемма, затрагивающая механику разрушения хрупких стержнеобразных материалов, привлекала внимание даже таких ученых, как нобелевский лауреат Ричард Фейнман, который, по свидетельствам, экспериментировал с этой проблемой в середине XX века.

Первый значительный теоретический прорыв был достигнут в 2005 году французскими физиками, чья работа была отмечена Шнобелевской премией в 2006 году. Они разработали модель, объясняющую многофрагментное разрушение: начальный излом в точке максимального напряжения инициирует волну деформации, которая, отражаясь, вызывает вторичные трещины. Однако эта теория не предоставляла практического метода для достижения контролируемого разлома ровно на две части, что и стало предметом дальнейшего изучения.

Команда из MIT, в которую вошли Джёрн Дункель, Рональд Хайссер и Вишал Патил, исследовала эту проблему в рамках курса «Нелинейная динамика: континуальные системы». Ученые применили высокоточный экспериментальный подход, используя специально сконструированный аппарат для манипуляций с сотнями образцов спагетти Barilla марок No. 5 и No. 7. Процесс изгибания фиксировался камерами с частотой до миллиона кадров в секунду для детального анализа динамики разрушения.

Ключевое открытие, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, заключается в том, что нейтрализация вибраций, вызывающих каскадный излом, достигается предварительным скручиванием. Критически важным параметром, установленным в ходе экспериментов, является угол скручивания: макаронину необходимо повернуть вокруг своей оси на 270–360 градусов перед началом медленного сгибания. Это действие изменяет внутреннее распределение напряжений и влияет на траекторию распространения волны распрямления, увеличивая расстояние между потенциальными точками разлома. Для идеального результата сгибание должно происходить с контролируемой скоростью, например, 3 миллиметра в секунду.

Таким образом, команда MIT предоставила точный метод, позволяющий хрупкому стержню подчиниться закону двучастного разлома. Хотя воспроизведение этой высокой точности в бытовых условиях может быть затруднено, научная значимость открытия выходит за рамки кулинарных экспериментов. Полученные данные предоставляют ценную основу для прикладной физики, касающуюся управления каскадными разрушениями в других стержнеобразных материалах, включая анализ прочности деревянных балок или костных структур.