Viermal eroberten Frühstücksflocken die Welt der Physik

Jun 14, 2023

Während die Physik oft zur Beantwortung von Fragen wie „Wie groß ist das Universum?“ verwendet wird. und „Wie können wir diese Kerle in die Luft jagen?“, setzt es manchmal etwas niedrigere Ziele. Ein bisschen früher. Etwas schmackhafter.

Ja, es scheint, dass Physiker die wichtigste Mahlzeit des Tages genauso genießen wie der Rest von uns, und die klügsten Denker der Welt haben überraschend viel Intelligenz darauf verwendet, die Komplexität des Lieblingsessens von Tony dem Tiger herauszufinden. Und einige der von Froot Loops gezeigten Phänomene könnten im Rest der Welt Anwendung finden.

Grrrrrrrreat!

Positionsableitungen sind eine komplexe Reihe von Metriken in der Physik, um eine möglichst genaue Beschreibung der Bewegung zu ermöglichen – wenn sie die Reise eines Objekts von A nach B beschreiben, tun sie dies auf eine Weise, die weit über „es war da und“ hinaus reproduzierbar und analysierbar ist Jetzt ist es da und hat etwa fünf Sekunden gedauert. Die ersten drei sind Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck (dh wie gleichmäßig die Momente sind oder nicht). Es sind der vierte, fünfte und sechste, der frühstückig wird – man nennt sie Snap, Crackle und Pop. Diese Messungen – streng genommen „Ableitungen des Ortsvektors nach der Zeit“ – verdanken ihren Namen jemandem, der einfach nur versucht, sich selbst zum Lachen zu bringen. „Snap“ machte als Name absolut Sinn, und zwei weitere Ableitungen mussten ebenfalls benannt werden, und dieses Trio lautmalerischer Zwerge hat seit 1933 Müsli geshillt. Sie sind zu diesem Zeitpunkt Teil der kollektiven Psyche der Menschheit. Wir lieben das Frühstück verdammt noch mal.

Wissen Sie, wie sie in einer Schüssel, in der nur noch wenige Cheerios übrig sind, dazu neigen, sich zu gruppieren? Physiker haben dies bemerkt, es als „Cheerios-Effekt“ bezeichnet und seine möglichen Auswirkungen im Bereich der Fluiddynamik untersucht. In einer Arbeit der Brown University aus dem Jahr 2019 wurde es folgendermaßen beschrieben: „Der Cheerios-Effekt entsteht durch die Wechselwirkung von Schwerkraft und Oberflächenspannung – der Tendenz von Molekülen auf der Oberfläche einer Flüssigkeit, zusammenzukleben und einen dünnen Film auf der Oberfläche zu bilden. Klein.“ Objekte wie Cheerios sind nicht schwer genug, um die Oberflächenspannung der Milch zu durchbrechen, also schwimmen sie. Ihr Gewicht erzeugt jedoch eine kleine Delle im Oberflächenfilm. Wenn eine Cheerio-Delle nahe genug an eine andere kommt, fallen sie ineinander , verschmelzen ihre Dellen und bilden schließlich Cluster auf der Milchoberfläche.

Mittlerweile haben Wissenschaftler der Queen Mary University in London den Effekt umgekehrt, um eine Ansammlung zu vermeiden und dafür zu sorgen, dass sich Objekte im Wasser ausbreiten. Man geht davon aus, dass all das nützliche Anwendungen in Bereichen wie der Meniskusdynamik und der Flüssignanotechnologie bietet.

Das haben wir alle schon erlebt: Man holt den Innenbeutel aus einer neuen Müslischachtel, um ihn zu öffnen, und alle Rosinen (wenn man gesund ist) oder Marshmallows (wenn man nicht gesund ist) sind oben drauf der Kopf auf einem Glas Bier, aber noch ärgerlicher. Sie möchten nicht eine Schüssel mit 90 Prozent Rosinen essen und dann die nächsten zwei Wochen langweilige Kleie haben. Sicherlich sind sie in der Fabrik gemischt, warum also ist alles getrennt?

In einem Artikel aus dem Jahr 2021 in Scientific Reports mit dem Titel „Size Segregation of Irregular Granular Materials Captured by Time-Resolved 3D Imaging“ wurde die computergestützte Röntgentomographie auf Beutel mit gemischten Nüssen angewendet, um das Problem zu lösen, warum die Paranüsse immer oben landen – auch bekannt als das gleiche Phänomen wie bei Rosinen und Marshmallows – und festgestellt, dass sich die Nüsse/Rosinen usw. nur dann nach oben bewegen, wenn sie aufrecht ausgerichtet sind. Der Nutzen dieses Wissens beschränkt sich jedoch bei weitem nicht nur auf Frühstück und Snacks, wie der Hauptautor gegenüber Journalisten erklärte: „Dies wird es uns ermöglichen, Industrieanlagen besser zu konstruieren, um die Größentrennung zu minimieren und so zu gleichmäßigeren Mischungen zu führen. Dies ist für viele Branchen von entscheidender Bedeutung.“ , zum Beispiel für eine gleichmäßige Wirkstoffverteilung in Arzneimitteltabletten, aber auch in der Lebensmittelverarbeitung, im Bergbau und im Baugewerbe.“

Mit anderen Worten: Ihr Leben könnte eines Tages durch wissenschaftlich verfeinerte Medikamente gerettet werden, die aus einer großen Schüssel voller Glücksbringer gewonnen werden.

Wenn es eine Sache gibt, die Physiker noch mehr lieben als das Frühstück, dann ist es, Dinge zu zerquetschen, um zu sehen, was passiert. Ein Team aus San Diego und Sydney legte Rice Krispies in Kompressionskammern, um aufzuzeichnen, wie Müslischachteln durch enormen Druck behandelt wurden. Sie sahen eine weitaus komplexere Art und Weise, wie das Getreide verformt wurde (ein wissenschaftliches Wort, kein beleidigendes), als irgendjemand erwartet hatte – drei verschiedene Arten von geschwindigkeitsabhängiger Verformung und ein sich ausbreitendes Verdichtungsband, das zum ersten Mal in körniger Materie visuell aufgezeichnet wurde. Es könnte lebensrettende Anwendungen außerhalb des Frühstückskontexts haben: Studien über „knusprige Materie“ stecken noch in den Kinderschuhen, aber angesichts der relativen Ähnlichkeit zwischen Getreide und, sagen wir, dem Schnee in einer Lawine (spröde, porös und in verdammt großen Mengen). ' Zahlen), könnte dies zu einem besseren Verständnis der Stabilität von Schneebänken nach einer Lawine führen.

Sie testeten auch Cocoa Puffs und Cocoa Krispies im Kompressor, um herauszufinden, welchen Unterschied Schokolade machte. Es erfordert mehr Druck, Müsli mit Schokoladenüberzug zu zerkleinern. Dieses besondere Wissen wird wahrscheinlich kein Leben retten, aber es klingt nach einem unterhaltsamen Tag im Labor.

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