Nachzudenken Sie die Physik der Schokoladenbrunnen, während Ihr Silvester Revels

Silvester Nachtschwärmer werden sein aufbrechen, um alle Arten von Parteien heute Abend, und die Chancen sind ein guter Prozentsatz wird durch das Vorhandensein von einem Schokoladenbrunnen verführen – teensy etwas Nachsicht, bevor diese Resolutionen in Kick. Vielleicht können diejenigen mit einer wissenschaftlichen gebogen finden sich Grübeln, nur für einen Augenblick, die komplizierte Physik so schokoladig Güte beteiligt.

Jetzt wissen wir ein wenig mehr über diese Dynamik, dank der Bemühungen von Adam Townsend, ein Student am University College London. Entschied er sich, herauszufinden, warum diese "Vorhang" aus geschmolzener Schokolade immer nach innen fällt, und der anschließende Papier erschien letzten Monat im European Journal of Physics.

Es begann alles mit Townsends Berater, Helen Wilson, der eines Tages Wandern war, wenn ihre Gedanken auf das eigenartige Verhalten von einem Schokoladenbrunnen eingeschaltet. Ihre Kollegen in der Abteilung für angewandte Mathematik dargebotene einige mögliche Erklärungen, aber niemand konnte zustimmen. Also fügte sie hinzu es auf ihrer Liste möglicher Projekte für ihre Schüler. Das ist, wenn Townsend stürzten sich drauf. "Es gab einige sehr technische Wörter auf dieser Projektliste", sagte er der Washington Post. "Dann sah ich"Schokoladenbrunnen"und ich sagte:" Aha! Das ist das eine. ""

Aus Sicht der Physik ist geschmolzener Schokolade eine Art von nicht-Newtonschen Flüssigkeit. In einer traditionellen Newtonschen Flüssigkeit wie Wasser, die Viskosität – lose definiert, da, wie viel Reibung/Widerstand fließen in einen bestimmten Stoff – ist weitgehend abhängig von Temperatur und Druck: Wasser wird weiterhin unabhängig von anderen Kräfte darauf, wie gerührt oder gemischt zu fließen. In einer nicht-Newtonschen Flüssigkeit, die Viskosität Änderungen als Reaktion auf eine angewandte Belastung oder Scherkraft, gebietsübergreifenden damit die Grenze zwischen flüssigen und festen Verhalten. Sicherlich hast du gesehen, die YouTube Videos, die Menschen zu Fuß über eine Mischung aus Wasser und Maisstärke, die in Reaktion auf stress erstarrt.

Blut, Ketchup, Joghurt, Soße, Schlamm, Pudding, Pudding, verdickte Pie Füllungen und Honig sind weitere Beispiele für nicht-Newtonschen Flüssigkeiten. Nicht alle solche Flüssigkeiten sind gleich: sie reagieren auf Stress oder eine Scherkraft auf unterschiedliche Weise. Mit Sahne, steigt die Viskosität mit Stress im Laufe der Zeit: je länger Sie es Peitsche, desto dicker wird. Pudding wird auch fester – steigt die Viskosität mit erhöhtem Stress – während Honig, Ketchup oder Tomatensoße werden mehr Flüssigkeit, da Viskosität mit Stress im Laufe der Zeit abnimmt. Letztere werden als scher-Verdünnung nicht-Newtonschen Flüssigkeiten bezeichnet.

Geschmolzener Schokolade wird auch dünnflüssiger unter Stress. Für ihre Analyse Townsend und Wilson das Strömungsverhalten in drei Phasen unterteilt: eine wo die Schokolade Sie durch das Rohr in den Brunnen reist, eine zweite, wo die Schokolade einen dünnen fließenden Film über der Kuppel, und schließlich, diese schönen Vorhang aus geschmolzenen Yumminess warten auf Sie bildet zu allerlei köstliche Häppchen eintauchen.

In der Rohr-Flow-Phase fanden sie, dass die Schokolade Bewegung eine standard parabolische Kurve mit eine ziemlich schnelle Strömung gefolgt, wie er sich das Rohr bewegt. Die Schokolade verdünnt und verlangsamt, da es über die Kuppel in der zweiten Phase fließt. Für die dritte Phase der "Vorhang" ist die primäre Kraft, die zu diesem Zeitpunkt auf die Schokolade Oberflächenspannung.

Die Dynamik ist ähnlich wie eine Wasserglocke, etwas Wilson wies darauf hin, in der Küche leicht gebaut werden könnte: "nur fix einen Stift senkrecht unter einem Wasserhahn mit einer Münze 10P flach an der Spitze und Sie sehen einen schönen glockenförmigen Brunnen Wasser."

Townsend hat gefunden, dass diese Arbeit sorgt für einen hervorragenden Vortrag Demonstration darauf ausgerichtet, die breite Öffentlichkeit, vielleicht weil Zuschauer so scharf darauf sind, danach die Schokolade zu probieren. Aber es dient auch als eine großartige Einführung in die Grundlagen von nicht-Newtonschen Flüssigkeiten. "Wenn ich nur eine Person, dass Mathematik mehr als Pythagoras' Theorem überzeugen können, es gelang mir haben werde," sagte er in einer Pressemitteilung der UCL. Und die eigentlichen Modelle könnte zur verbesserten Verständnis der ähnliche Flüssigkeit Verhalten, z. B. vulkanischen Lavaströmen, Filme Träne im Auge, und wie Plasmen aus nuklearen Fusionsreaktoren gewonnen werden.

Vor allem aber "Schokoladenbrunnen sind einfach cool, nicht wahr?" Townsend, schwärmte. Ja. Ja, sind sie wirklich.

Referenz:

Townsend, a.k. und Wilson, h.j. (2015) "die Fluiddynamik des Schokoladenbrunnens," European Journal of Physics 37: 1.

[Über ficken ja Fluiddynamik]

Bilder: A. Townsend und H. Wilson/UCL