L'ingegnere meccanico Roberto Zenit ha trascorso l'estate del 2019 cercando di risolvere un problema che ora affligge i dipartimenti di scienze di tutto il mondo:come possono gli esperimenti pratici di fluidodinamica, solitamente svolto in laboratori ben forniti, essere spostato fuori dal campus? Da quando è scoppiata la pandemia, ricercatori di spicco come Zenit hanno trovato modi creativi per consentire agli studenti di esplorare il flusso a casa.

La risposta di Zenit, in definitiva, è venuto giù per frittelle. Insegna in un corso di laboratorio di fluidodinamica alla Brown University, e un esperimento richiede agli studenti di misurare la viscosità, che viene spesso fatto misurando la velocità con cui le piccole sfere cadono attraverso liquidi densi e si depositano sul fondo. Ma Zenit si rese conto che non doveva farlo in quel modo. La cucina è ricca di fluidi viscosi, e tutto quello che doveva fare era sceglierne uno.

Perché non la pastella per pancake?

Questo autunno, studenti della sua classe, ovunque fossero sequestrati, ho dovuto mescolare l'impasto dei pancake, versarlo su una superficie orizzontale, e misurare la velocità di espansione del raggio. "Misurando la velocità con cui questo blob cresce nel tempo, puoi calcolare indietro la viscosità, ", ha detto Zenit.

Zenit ha descritto l'esperimento durante un mini-simposio sui flussi in cucina al 73° Meeting Annuale della Divisione di Fluidodinamica dell'American Physical Society. Oltre al suo progetto di viscosità attraverso i pancake, il simposio ha incluso nuove ricerche su come i fluidi si mescolano tra loro e su come incorporano particelle solide (come nella pastella o nell'impasto). I ricercatori dell'Università di Cambridge hanno descritto nuove scoperte sui salti idraulici:quei cerchi d'acqua stranamente lisci, circondato da turbolenze, che si formano direttamente sotto un rubinetto della cucina in funzione.

Ingegnere chimico Endre Mossige, un ricercatore post-dottorato presso la Stanford University, organizzato il simposio. "Gli esperimenti sul flusso di cucina sono così facili da fare, " ha detto. "Hai bisogno di così poca attrezzatura per estrarre informazioni così utili sulla dinamica dei fluidi".

La cucina è un luogo naturale in cui cercare ispirazione, ha detto Jan Vermant, un ingegnere all'ETH di Zurigo. "In cucina facciamo molto con materiali ad alta interfaccia, " ha detto. "Devi mescolare fluidi e aria e fare emulsioni, e lavorare con le bolle. Questo è un problema fondamentale dei progetti alimentari, e conosciuto dagli chef di tutto il mondo."

Vermant ha riferito del lavoro recente del suo gruppo, che ha affrontato un problema della birra trasformandolo in un problema di fluidodinamica. Studia film sottili, e in recenti ricerche ha studiato la stabilità della schiuma nelle birre e nel pane. birrai, Egli ha detto, controllare l'andamento della fermentazione delle nuove miscele osservando la stabilità della schiuma. Ma, Egli ha detto, il processo è molto "ondulato a mano". Quando ha iniziato a guardare alla produzione della birra attraverso la lente della fluidodinamica, ha trovato un ricco ambiente di ricerca.

Le bollicine di birra racchiudono una ricca varietà di ambienti:flussi capillari, film di sapone, e aggregazione proteica. "Fondamentalmente, hanno tutti i meccanismi che si possono progettare come ingegnere, " disse. Il suo gruppo trovò, con loro sorpresa, che anche se la maggior parte delle birre ha la schiuma, birre diverse hanno meccanismi diversi dietro quelle schiume. Alcune schiume agiscono come pellicole di sapone; altri sviluppano robuste reti proteiche in superficie.

"Ognuno di loro mette in evidenza diversi aspetti del problema in modo piacevole, " ha detto Vermant. Nel lavoro successivo, il suo gruppo ha esaminato in modo simile da vicino i fenomeni interfacciali nei pani e ha trovato allo stesso modo una varietà di comportamenti. "Hanno questa ricca diversità di meccanismi per stabilizzare le strutture in schiuma, " Egli ha detto.

Vermant ha detto che il lavoro non riguarda solo la birra e il pane; può anche servire come ispirazione per nuovi materiali. "Possiamo imitare quei sistemi e creare schiume usando gli stessi principi delle schiume di birra, " Egli ha detto, che potrebbe essere utile per applicazioni che vanno dall'isolamento a spruzzo alle schiume protettive per le colture.

a Brown, Zenit ha affermato che non tutti gli studenti hanno completato con successo l'esperimento. "Alcuni di loro hanno preso il mio consiglio troppo alla lettera, e l'ho fatto in una padella calda, " ha detto. La cottura del pancake ha cambiato la viscosità, congelando la pastella sul posto, il che significa che gli studenti non hanno dati utilizzabili. (Ma hanno fatto colazione.)

Ha detto che passare ai pancake durante la pandemia gli ha aperto gli occhi su diversi modi per insegnare idee fondamentali come la viscosità. "Negli esperimenti regolari, lasci cadere questa sfera in un contenitore e la misuri, " disse. Il fluido, lui dice, si riduce alla sua misura. Con la pastella, lo studente sperimenta il concetto. "Con le frittelle, puoi sentire la viscosità."