Do posljednje kapi: fizičari istražuju u kuhinji

I posljednja kap mlijeka treba da završi u kafi, a od skupog maslinovog ulja želimo da iskoristimo baš sve za salatu. Zato često stojimo u kuhinji, sa blago nagnutom flašom ili kartonskim pakovanjem u ruci, i strpljivo čekamo da iscuri i ono malo što je ostalo.

Gotovo svako se makar jednom našao u takvoj situaciji. Ali koliko zapravo treba čekati? Upravo to su se zapitala dvojica fizičara sa Univerziteta Braun u Providensu, u Sjedinjenim Američkim Državama.

Tomas Duta, doktorand fizike, sjetio se kako se njegova baka mučila sa posljednjim kapima u flašama. Njegov profesor fizike Džej Tang često se u svojoj kuhinji pitao koliko je potrebno da voda poslije pranja iscuri iz njegovog voka – tiganja sa zaobljenim dnom u kojem se pripremaju azijska jela, često na otvorenom plamenu.

Kuhinjska fizika umjesto laboratorijske

Tang se inače bavi biofizikom bakterija, tačnije proučava kako se jednoćelijski organizmi kreću i kako se bakterijske kolonije šire po vlažnim površinama. Za takva istraživanja potrebno je dobro razumjeti mehaniku strujanja tečnosti. Da bi svom doktorandu Duti to približio na jednostavniji način, Tang je odlučio da proučava pojave iz svakodnevne fizike.

Tako je na red došao i „problem voka“. Profesor ga, naime, ne briše poslije pranja, jer bi tako mogao ukloniti tanak sloj ulja koji sprečava da se hrana zalijepi. Ali ako vok ostane previše vlažan, isparavanje preostale vode može dovesti do pojave rđe.

„Kada izlijem vodu poslije pranja, u voku uvijek ostane još malo tečnosti“, kaže Tang. „Zato obično sačekam nekoliko minuta da se taj tanak sloj vode sakupi na dnu, pa ga onda jednostavno ponovo izlijem.“

Ali da li su tih nekoliko minuta zaista dovoljni da se gotovo sva preostala voda sakupi i izlije? Dvojica istraživača odlučila su da precizno izračunaju koliko vremena je potrebno da tečnosti iscure. Proučavali su, između ostalog, mlijeko, maslinovo ulje, javorov sirup – i pomenutu vodu iz voka.

O mehanici strujanja i javorovom sirupu

Tang i Duta su potrebna vremena izračunali pomoću takozvanih Navije–Stoksovih jednačina. Te jednačine opisuju kretanje tečnosti i gasova, poput vode, vazduha i ulja.

Nakon što su teorijski predvidjeli koliko je vremena potrebno da se tečnosti sliju niz nagnutu površinu, fizičari su to provjerili eksperimentima. Pustili su tečnosti da teku preko ploče nagnute pod uglom od 45 stepeni. Mjerenjem količine iscurele tečnosti utvrdili su kada je 90 odsto tečnosti iscurilo.

Eksperimenti su u velikoj mjeri potvrdili teorijske proračune. Voda je iscurila za svega nekoliko sekundi. Kod tečnosti male viskoznosti, kao što je mlijeko, bilo je potrebno oko 30 sekundi da iscuri 90 odsto tankog sloja tečnosti. Gušće maslinovo ulje, međutim, zahtijevalo je više od devet minuta, dok je hladnom javorovom sirupu trebalo čak nekoliko sati.

A šta je sa „problemom voka“? Uz pomoć jednačina mehanike strujanja, Duta je napravio kompjutersku simulaciju kako bi odredio optimalno vrijeme čekanja da se preostala voda sakupi na dnu voka.

„Bio sam iznenađen i, iskreno, pomalo razočaran“, kaže Tang. „Obično čekam samo minut ili dva, ali ispostavilo se da moram biti mnogo strpljiviji.“ Naime, Dutini proračuni pokazali su da je potrebno oko 15 minuta da se 90 procenata preostale vode sakupi na dnu voka.

Nagrada za razigranu nauku

Ako neko na ovakvu „kuhinjsku fiziku“ reaguje sa nevjericom, treba znati da za ovakva razigrana istraživanja postoji i posebna nagrada „Mario Markus“ za ludističke nauke. Ona odaje priznanje naučnim radovima iz oblasti prirodnih nauka koji se ističu svojim razigranim karakterom. Riječ ludus potiče iz latinskog i znači – igra.

Nagradu, vrijednu 10.000 eura, od 2022. godine dodjeljuje Njemačko hemijsko društvo. Sa oko 28.000 članova, to je jedno od najvećih naučnih hemijskih udruženja na svijetu. Inicijator nagrade je njemačko-čileanski fizičar Mario Markus, koji je radio na Institutu Maks Plank za molekularnu fiziologiju i koji je uveo pojam „ludističke nauke“.

Ideja je jednostavna: iako se danas istraživanja često sprovode prije svega zato što se od njih očekuje konkretna primjena, istorija pokazuje da su mnoga važna otkrića nastala iz čiste radoznalosti i kroz razigrano istraživanje.

Kada slučajnost pomogne nauci

Ponekad su do novih otkrića dovele i čiste slučajnosti ili naizgled neuspješni eksperimenti.

Tako je Aleksandar Fleming otkrio penicilin zato što su spore plesni roda Penicillium slučajno dospjele na bakterijske kulture koje je koristio u eksperimentima – i primijetio je da su mnoge bakterije uginule.

Čarls Nelson Gudjir je, opet, slučajno kapnuo mješavinu prirodne gume i sumpora na vrelu ploču šporeta. Poslije toga materijal je postao mnogo elastičniji, izdržljiviji i otporniji – tako je otkriven proces vulkanizacije gume.

A plastelin kao igračku dugujemo ženi po imenu Kej Cufal. Ta vaspitačica je primijetila da se jedno sredstvo za čišćenje tapeta, koje se lako oblikuje, može koristiti i kao zanimljiva igračka za djecu.

( Deutsche Welle )