Физика в нашей жизни или о варке клубничного варенья

[jenya444]

Оставив свою новую машину во дворе под окошком,
папа пришел домой в 8 часов вечера и первым делом, с ужасом на лице,
подбежал к окошку поглядеть, цела ли еще она.
До 12 часов ночи папа подбегал к окошку каждые пять минут.
После 12 часов он бросался к окошку каждые три минуты.
Сколько раз выглянул в окошко папа, если известно,
что машину угнали в 5 часов утра?


Григорий Остер, задача по математике.

Давно установлено, что молоко и варенье убегают независимо от того, смотрит на них хозяйка или нет. Мне хочется подвести некоторую теоретическую базу под это эмпирически наблюдаемое явление. Дальше пойдёт некий физический текст, который я постараюсь набросать простым языком.



Речь идёт о системе, состоящей из огромного количества макроскопических частиц (допустим, стальных шариков с диаметром в миллиметр). Основная особенность этих частиц состоит в том, что они сталкиваются неупруго (на английском это называется granular matter). То есть, при каждом столкновении теряется некоторая энергия и температура системы в этом месте падает. Это приводит к интересным эффектам. Представим себе, что шарики сталкиваются с горячей стенкой. Температура около горячей стенки понятное дело большая, а вот чем дальше от неё, тем температура меньше, из-за того, что шарики сталкиваются друг с другом. Через некоторое время система придёт к стационарному состоянию (там уже нет зависимости от времени), в этом состоянии давление по системе постоянное (если бы в одном месте давление было больше, чем в другом, возникло бы течение из области большего давления в область меньшего давления). Итак, температура падает с расстоянием от горячей стенки, давление постоянно по системе, следовательно плотность частиц растёт с расстоянием от горячей стенки. Поэтому около горячей стенки мы наблюдаем горячий газ частиц, а вдали от стенки холодный кластер. Качественно такая же ситуация возникает в задаче с гравитацией, когда мы греем частицы снизу. Вот картинка номер один - из статьи Меерсона (Physical Review Letters, 2003), греем снизу, огромный холодный кластер "лежит" на горячем газе.






Напомню теперь технологию варки клубничного варенья. Сначала ягоды нарезаются на несколько частей, накидываются в кастрюлю А и пересыпаются сахаром. Это дело стоит некоторое время, и клубника дает сок типа сироп. Этот сок переливается в кастрюлю Б и доводится до кипения. Потом туда досыпается оставшийся сахар, сироп опять доводится до кипения, сахар растворяется, снимается пена. Потом наступает ответственный момент. В этот сироп аккуратно (чтобы не брызнуть сиропом) перекладываются ягоды из кастрюли А. Картинка становится похожа на холодный кластер лежащий на горячем газе, как в предыдущем абзаце. Теперь это всё надо довести до кипения, как оно происходит? Вернёмся к "гранулярной" задаче и посмотрим на картинку номер два - из статьи Исобе (Physical Review E, 2001).






Если постепенно увеличивать температуру нижней стенки, то в какой-то момент в кластере образуется трещина, и через эту трещину хлынет поток частиц. Это похоже на извержение вулкана. Похожий процесс происходит и при варке: сироп внизу становится горячее и горячее и всё сильнее давит на кластер из ягод. В какой-то момент он найдёт себе лазейку и полезет наверх через ягоды. Это происходит очень быстро и неожиданно. В процессе объяснения этого эффекта Ю.А. вчера вечером кластер не выдержал, и варенье убежало. 

Comments

[pirrattka.livejournal.com]

Примите соболезнования! :))

А зачем разрезать клубнику на части?

[jenya444.livejournal.com]

:)

Сироп получается, когда клубнику засыпают сахаром. Если ягоды не резать, сиропа будет гораздо меньше.

[pirrattka.livejournal.com]

А у нас ягоды не режут. И сироп не кипятят отдельно от ягод, насколько я помню, а просто проваривают все вместе в несколько приемов.

[jenya444.livejournal.com]

Так я варю вишню. Там нет проблемы с соком, сока всегда в избытке, можно просто засыпать сахаром и варить. А вообще тема варки варенья неисчерпаема как атом, и дискуссии на эту тему описаны и в классике :)

http://jenya444.livejournal.com/62127.html

[pirrattka.livejournal.com]

Это я помню... :)

[old-flint.livejournal.com]

этот рецепт есть частный случай убегания. мы сироп от ягод не отделяем и ягоды не режем, а убегает точно так же:)

точно так же

[jenya444.livejournal.com]

Убегает, конечно, в любом случае. Но не точно так же! Я проанализировал физический механизм конкретного убегания :)

[yudinkostik.livejournal.com]

(задумчиво) с кофием, похоже, такая же штука:)

[jenya444.livejournal.com]

Я в основном гоняю чаи, а кофе пью растворимый (по-плебейски). А что, там сверху пенка образуется?

[yudinkostik.livejournal.com]

да, если в турке варить - сверху пена, даже как корка такая из мелких частиц образуется, примерно как кластер в варенье, и когда закипает, то происходит резкое прорывание корки - и так же часто убегает независимо от смотрения за:))

klass !

[pavelkh.livejournal.com]

klass !

Re: klass !

[jenya444.livejournal.com]

Видишь, оказалось, что сама идея чего-то кипящего под крышкой встречается на каждом шагу. Хитрость гранулярной задачи состоит в том, что пар и крышка - одно и то же вещество.

[pavelkh.livejournal.com]

etot tezis vpolne mojno opublikovat' v jurnale "Applied Physics"