Spageti murdumise dünaamika on tegelikult üsna põnev. Proovi järele — haara spageti kummastki otsast tugevasti kinni ja kooluta seda kuni murdumiseni. Kas tulemuseks oli ainult kaks spagetijuppi? Tõenäoliselt mitte.

Too nähtus on kuulus selle poolest, et hämmeldas Nobeli preemia pälvinud füüsikut Richard Feynmani, kes paraku ei elanud nii kaua, et lahendust teada saada. Nähtuse teaduslik selgitus ilmus alles 2005. aastal, 17 aastat pärast Feynmani surma.

Teadusajakirjas Physical Review Letters ilmunud kahes töös näitasid Prantsuse teadlased toona, et kui spagetti painutatakse mõlemale otsale avaldatava võrdse jõuga, paindub see kuni murdumiseni. Jupid ajavad end seejärel kiiresti sirgu, mis tekitab jõuliseid paindelaineid (ingl flexural waves), mis murravad spageti katki rohkem kui ühes punktis.

Ehitati spetsiaalne spagetimurdmismasin

Massachusettsi tehnikainstituudi (MIT) uurijatel oli aga teistsugune küsimus — kas spagetile on võimalik jõudu avaldada nii, et see murdub alati ainult kaheks tükiks?

Tuleb välja, et on! Spetsiaalselt spagettide murdmiseks konstrueeritud masina abil selgitasid nad välja, et kui spagetti teatud piirini väänata ja seejärel aeglaselt painutada, murdub see viimaks kaheks tükiks.

Tõsi, taoline lahendus ei aita teil tõenäoliselt vältida spagetijuppide laialipuistamist köögis, kuid sellel võib olla rakendusi muudes valdkondades peale gastronoomia.

„Väga huvitav oleks välja selgitada, kas ja kuidas võiks väänamist samamoodi rakendada murdumise dünaamika juhtimiseks muudes, nii tasapinnalistes kui ka ruumilistes materjalides,“ selgitas füüsikalise rakendusmatemaatika uurija Jörn Dunkel MIT-st.

Uurimistöö algatasid kaks tudengit, Ronald Heisser ja Vishal Patil. Heisser oli püstitanud hüpoteesi, et väändejõud võiks spageti murdumist mõjutada ning tegi katseid pasta väänamisega käsitsi. Taoline lähenemine ei sobinud siiski nähtuse uurimiseks laboratooriumis, niisiis projekteeris ja konstrueeris ta järgmiseks aparaadi, milles väänamise ja murdmise parameetreid sai peenhäälestada.

Täpsete parameetrite sätestamine võimaldas Patilil töötada välja täiusliku spagetimurdmisprotsessi matemaatilise mudeli. Uurijad leidsid, et kui spagetti väänata 270 kraadi ja hakata seejärel selle otsi teineteisele lähendama kiirusega kolm millimeetrit sekundis, murdub spagett kenasti kaheks võrdse pikkusega jupiks. Heisser ja Patil tegid katseid isegi kahe eri paksusega spagettidega ja nentisid, et tulemus jäi kehtima mõlemal puhul.

Ka neljaks tükiks murdumine on ennustatav

Nii juhtub seetõttu, et väänamine summutab äkilist sirgenemisliikumist ja paindelainete mõju, kuna nõrgestab esmase murdumise järgset tagasilööki. Seejärel keerdub spagett korgitserikujuliselt liikudes väändest välja.

Taoline liikumine vabastab energiat, kuna väändelained levivad paindelainetest kiiremini ja ennetavad pingejõu kuhjumist spagettidesse.

Töörühm avastas lisaks, et nende matemaatilise mudeli abil on võimalik täpselt prognoosida ka seda, millal spagett murdub kahe või kolme tüki asemel neljaks tükiks.
„Üheskoos parendavad meie eksperimendid ja teoreetilised tulemused üldist arusaamist sellest, kuidas väänamine mõjutab murdumiskaskaade,“ selgitas Dunkel.

Teadusajakirjas PNAS ilmunud uurimistöö käigus vigastati sadu spagette.

Vaata lisa SIIT.