Warum explodieren Spaghetti immer in mehr als zwei Teilen?
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Eine Reihe von physikalischen Experimenten kann mit Spaghetti durchgeführt werden
Quelle: Getty Images / 500px Plus
Vor mehr als 50 Jahren formulierte der große amerikanische Physiker Richard Feynman das „Spaghetti-Problem“. Forscher holen ihn immer noch ein. Aber jetzt ist dieses wissenschaftliche Rätsel gelöst.
S.Paghetti gehören normalerweise nicht zu den typischen Laborgeräten eines Physikers. Man denkt. Ein Rückblick auf die Geschichte zeigt jedoch, dass sich der legendäre amerikanische Physiker Richard Feynman seit 1965 für Pasta interessiert hatte. Sie stieß auf ein physikalisches Problem, das erst kürzlich gelöst wurde.
Aber zuerst zurück zu Feynman. Er lud einen Freund zum Spaghetti-Abendessen ein, und während die beiden darauf warteten, dass das Wasser kochte, spielten sie mit den trockenen Spaghetti. Rückblickend kann man auch sagen: Sie haben wissenschaftliche Experimente durchgeführt.
Sie waren beide erstaunt, als sie sahen, dass man niemals nur zwei Fragmente bekommt, wenn man eine Spaghetti so weit biegt, dass sie zerbricht. Es gibt immer mindestens drei. Unzählige andere Menschen, insbesondere Kinder, haben diese Beobachtung wahrscheinlich schon einmal gemacht.
Aber Sie müssen ein Forscher sein, um dieses Problem in alltägliche Erfahrungen zu verwandeln. Nach der klassischen Krafttheorie sollte eine Spaghetti nur in zwei Teile explodieren. Aber nein. Die Physiker waren mit einem Rätsel konfrontiert, dem Spaghetti-Rätsel. Blieb viele Jahre ungelöst.
Als der französische Physiker Pierre-Gilles de Gennes 1991 einen Nobelpreis erhielt, beantwortete er in einem Interview die Frage nach dem größten noch ungelösten Problem der Physik: dem Spaghetti-Rätsel.
So enthüllte der französische Gymnasiast und blühende Physikstudent Basile Audoly diese ungewöhnliche Frage. Er beschloss, das Ende des Falles zu erreichen und untersuchte schließlich das Brechen von Spaghetti am Laboratoire de Mécanique des Solides am Polytechnikum in Palaiseau.
Im Jahr 2004 veröffentlichte Audoly zusammen mit seinem Kollegen Sebastien Neukirch eine Arbeit, in der das Spaghetti-Rätsel im Wesentlichen gelöst wurde. Sie idealisierten eine Spaghetti als unendlich dünnen elastischen Stab und wandten die Kirchhoff-Gleichungen der Elastizitätstheorie an.
Spannungsenergie wird plötzlich in Schwingungsenergie umgewandelt
Wenn eine Spaghetti immer weiter gedehnt wird, steigt die mechanische Spannung ständig an. Wenn die Folie an einem Punkt bricht, wird die mechanische Spannungsenergie plötzlich in Schwingungsenergie umgewandelt. Die Biegewellen konkurrieren also durch die länglichen Folien.
Diese Schwingungen überlappen sich an bestimmten Stellen. Dann können sie so gewalttätig sein, dass auch dort Spaghetti explodieren. Das Spaghetti-Rätsel wurde gelöst. Es ist erstaunlich, dass Feynman oder de Gennes nicht auf diese Idee gekommen sind.
Das Experimentieren mit Spaghetti ist für einige Physiker offensichtlich so attraktiv, dass das Problem weit entfernt war. Zum einen sind Hochgeschwindigkeitsaufnahmen von zerbrochenen Spaghetti immer den Preis wert. Andererseits war es nun eine Frage der weiteren offenen Frage, ob es möglich ist, dass eine Spaghetti beim Biegen in nur zwei Teile explodiert.
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Quelle: Bota / Daniela Will
Wissenschaftler, die mit Ronald Heisser vom Massachusetts Institute of Technology zusammenarbeiten, berichten in der Zeitschrift „PNAS„Wie sie aufgehört haben, die Spaghetti in mehr als zwei Stücke zu schneiden. Alles, was Sie tun müssen, ist, sie um 360 Grad um ihre Längsachse zu drehen, bevor Sie sie biegen. Leider kann eine solche Drehung nicht so leicht in der Küche ohne die richtige Zusatzausrüstung nachgeahmt.
Wenn solch eine verdrehte Spaghetti gebogen wird, bis sie bricht, steht nicht mehr die gesamte mechanische Energie für die zerstörerischen Wellen zur Verfügung, aber ein Teil der Energie wird verwendet, um die Drehung umzukehren. Was von der Energie übrig bleibt, reicht nicht aus, um durch Resonanzschwingungen einen weiteren Zerfall zu verursachen.
Geht die Spaghetti-Forschung weiter?
Die Zukunft wird zeigen, ob das Feld der Suche nach gebrochenen oder ungebrochenen Spaghetti weiterhin die Physiker interessieren wird. Auf jeden Fall bleiben unzählige Fragen offen: Das mechanische Verhalten von Spaghetti hängt natürlich auch von Luftfeuchtigkeit und Temperatur ab.
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