Die Physik hinter warum Würste längs geteilt


Ich mag Wurst. Ich mag gegrillte Würstchen. Ich mag Bratwurst. Ich mag Wurst von Rind, Schwein und Huhn. Ich mag auch vegetarische Würstchen. Manchmal, wenn Sie Würstchen kochen, Platzen sie. Dies geschieht gelegentlich, wenn Sie versuchen, zu schnell zu kochen. Es kann auch passieren, wenn die Marke von Wurst, was Sie kochen zu großzügig mit ihren Füllung ist.

Warum trennen Würste?

Würstchen aufgeteilt, da Druck baut sich auf der Innenseite, wie sie (in der Regel aus Dampf produziert durch die Hitze, sondern auch von der Expansion der foody Güte innen) kochen.

Wie der Druck steigt, steigt die Spannung in das Gehäuse der Wurst (die Haut). Wenn der Stress im Gehäuse einen kritischen Wert erreicht hat, es nicht katastrophal und die Wurst platzt.

Haben Sie bemerkt, wenn Würste platzen, sie fast immer in Längsrichtung gespalten? Warum ist das so? Lassen Sie uns untersuchen...

Wir modellieren unsere Wurst als einen dünnwandigen Zylinder mit halbkugelförmigen Endkappen.

Was bedeutet das? Es bedeutet, dass wir nur mit der Modellierung des Gehäuses Wurst (das Ding, das nicht). Dünnwandige bedeutet, dass die Dicke der Haut gegenüber dem Durchmesser der Wurst als vernachlässigbar angesehen wird (auf diese Weise müssen wir nur die Spannung in der Haut zu betrachten).

Nach Pascals Prinzip gehen wir davon aus, dass der Druck der Einreichung (Wurst und Dampf) innen Flüssigkeit gleichmäßig ist.

Longitudinal Stress und Gebindespannung

Wegen der zylindrischen Symmetery brauchen wir nicht Schubspannung in der Haut sorgen. Untersucht man ein kleines Quadrat auf der Oberfläche können wir die Kräfte, die in zwei senkrechten Richtungen gelöst betrachten: Hoop Stress verläuft rund um die Wurst wie ein Ring und längs Stress verläuft axial auf die Wurst.

Stress wird definiert als Kraft pro Flächeund kann berechnet werden, indem man die Kräfte erlebt über den Querschnitt, auf dem sie angewendet werden. Wir verwenden die griechischen Buchstaben σ, um Stress zu vertreten.

Longitudinal Stress

Stellen Sie sich einen Querschnitt durchschneiden die Wurst enthüllt einen kreisförmigen Querschnitt.


Axiale Belastung verläuft längs der Durchreise in diesem Ring-Abschnitt und muss die Druckkraft intern erlebt (Gleichgewicht) auszugleichen.

Σe = Kraft / Fläche

Die Kraft zieht die Wurst auseinander, End-to-End, wird der innere Druck durch die Querschnittsfläche multipliziert.

Kraft = Druck X (Querschnittsfläche der Wurst)

Kraft = Pπr2

Das Gebiet ist, dem über diese Kraft angewendet wird, ist die dünne Ring Gehäuse am Rand:

Bereich = 2πrt

Diese Kombination, berechnen wir den längs-Stress:

Σe = Pπr2 / 2πrt

Σe = Pr / 2 t

(Sie sehen aus der Ableitung dieser Stress-Berechnung, dass die longitudinale Spannung proportional zur Querschnittsfläche der Wurst ist und sich nicht auf die Endkappen bezieht. Während wir unsere Wurst mit halbkugelförmigen Enden gezogen haben, die Berechnung ergäbe sich die gleiche Antwort wäre die Enden der Wurst Platte doppelseitig.)

Gebindespannung

Um die Gebindespannung berechnen, wir schauen Sie sich ein Stück hinunter die Mittellinie der Wurst und die Kräfte in einem kleinen Reifen Breite Dxbetrachten.

Bevor wir die Kraft durch den Innendruck, multipliziert mit der Fläche berechnet, die es über angewendet wird:

Kraft = P.2r.dx

Das Gebiet ist, dem über diese Kraft angewendet wird, ist die beiden Teile des Ringes an der Ober- und Unterseite des Zylinders:

Bereich = 2.t.dx

Diese Kombination, berechnen wir den längs-Stress:

Σh = P.2r.dx / 2.t.dx

Σh = Pr / t

Ergebnis

Vergleicht man die beiden Ergebnisse, können wir sehen, dass die Gebindespannung im Gehäuse doppelt ist, der die longitudinale Stress. Es sollte daher keine Überraschung sein, Würstchen platzen durch ein Reifen-Fehler und erstellen einen Bruch, der senkrecht zur Linie der maximalen Spannung läuft.

Σe = Pr / 2 t

Σh = Pr / t

Es ist nicht nur Würstchen

Während unsere Beispiele sehr vereinfachte Berechnungen gewesen sein, die Grundsätze des Gebindespannung und längs Stress gelten für zahlreiche Kunstbauten: Luft-Rümpfe, u-Boot-Rümpfe, Druck Kessel, Dach, Kuppeln, Luft-Zylinder...

... Ach ja, und haben Sie jemals einen Rohrbruch Wasser?

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Was passt gut zu Würstchen? Eiern natürlich! Wenn Sie diesen Artikel lesen genossen, könnten Sie auch diesein über Fallenlassen Eiern genießen.

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Bild: Flickr/Sprechakttheorie

Dieser Beitrag erschien ursprünglich auf Daten Genetik, eine Website erstellt von Nick Berry wurde als Raketenwissenschaftler und Flugzeugkonstrukteur, schloss das Studium mit einem Master-Abschluss in Aeronautical and Astronautical Engineering, erzogen und Currenty arbeitet als Wissenschaftler Daten bei Facebook. Hier oder auf Facebook-Seite hier können Sie DataGenetics auf Twitter folgen.

Dieser Beitrag wurde mit freundlicher Genehmigung von Nick Berry neu aufgelegt wurde.

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