フランスと米国の物理学者は、スパゲッティを正確に2つの部分に分割するための2つのアプローチを提案しています。リチャード・ファインマンはまた、乾いたスパゲッティを曲げたときに、半分に折れることはほとんどないことに気づきました。乾いたパスタにカスケード状の伸びの波が広がるため、ピースの数は常に3つ以上になります。最初にスパゲッティを軸の周りにひねると、スパゲッティを2つに分割できることがわかりました。また、パスタの両端をかなり低速で近づけることもできます。科学者は全米科学アカデミーの議事録に書いています。
スパゲッティのパックからドライパスタを1つ取り出し、ゆっくりと曲げて壊そうとすると、スパゲッティが半分に折れることはほとんどありません。破れは複数の場所でほぼ同時に発生し、その結果、両端が2つになります。手にとどまり、他のいくつかは回転して、どこか横に飛び去ります。通常、パスタが割られるピースの数は3から10まで変化します。リチャード・ファインマンは半世紀以上前にこの問題に注目し、2005年にフランスの物理学者Basile AudolyとSébastienNeukirchがこの影響を説明し、翌年にシュノーベル賞を受賞しました。
この異常な現象は、最初の休憩の直後に始まるパスタを通る縮毛矯正波の伝播に関連していることが判明しました。いくつかの断層間の時間は非常に短いという事実にもかかわらず、それらはまだ同時には発生しません。最初の断層はパスタの最も弱い点で形成され、約10マイクロ秒でロッド全体に広がります。その結果、パスタの中央に2つの自由端が形成され、機械的応力がなくなり、パスタが真っ直ぐになります。ただし、この矯正はすぐには発生しませんが、曲げ波の伝播が原因で、パスタロッドの曲率が大きくなり、再び破損する場合があります。
スパゲッティ断層：実験（左）と数値データ（右）
もちろん、この問題は、スパゲッティを壊す唯一の実験よりもはるかに広範囲です。同じプロセスが、同様の形状と同様の物理的特性を持つ他のシステムで発生する可能性があります。同時に、このメカニズムは、樹木、骨、ポリマーネットワーク、またはカーボンナノチューブの配列など、まったく異なるスケールで実現できます。同様に、発射体が誤って選択されていると、陸上競技選手のポールが折れることがあります。
以前の研究で、フランスの物理学者は、スパゲッティが半分に壊れず、より多くの断片に壊れる理由を説明し、そのような効果が観察されるさまざまな機械的特性を発見しました。今回は、マサチューセッツ工科大学のヨルンダンケルが率いるアメリカとフランスの科学者のグループが少し進んで、既知の機械的特性を持つパスタを持っているにもかかわらず、3つまたは10つではなく2つに分割する方法を提案しました。 。この研究では、科学者たちは、スパゲッティを壊すプロセスを毎秒2千から100万フレームの記録速度で高速度カメラで撮影する実験と、キルヒホフの方程式の解を使用した数値シミュレーションを使用しました。
パスタを曲げると同時に軸を中心にねじって固定すると、パスタを半分に割ることができることがわかった。さらに、それを非常に強くねじる必要があります。ちょうど1つの場所で破損が発生するためには、長さ24センチのパスタを250度以上ねじる必要があります。科学者たちは、スパゲッティをねじると内部応力が変化し、それが真っ直ぐな波の伝播中にロッドの曲率に影響を及ぼし、隣接する断層間の可能な距離を増加させることを示しました。つまり、実際には、「巻き戻し波」はまっすぐになる波よりも速くスパゲッティに沿って移動するため、余分なエネルギーをすばやく取り除くことができます。研究の著者は、数値モデリングの結果によって、ロッド内の応力の分布の変化についての仮定を確認しました。
軸を中心に100度ねじれたスパゲッティの断層：実験データ（上）と数値シミュレーション（下）
軸を中心に330度ねじれたスパゲッティの断層：実験データ（上）と数値シミュレーション（下）
ねじれに加えて、物理学者はパスタを半分に割る別の方法を提案しました-曲げるときに端が一緒になる速度を変えることです。ゆっくりとしたアプローチ（毎秒約5ミリメートル）では、1か所でブレークが発生することが判明しました。速度が上がると、ブレークポイントの数も増え、毎秒約300ミリメートルの速度で平均4に増えます。著者らは、この曲げ速度は、最初の破断が発生するパスタの曲率にかなり弱い影響を与えるが、線形エネルギー密度の増加により、要素の臨界サイズの急激な減少につながると述べています。スパゲッティが侵入し、それに応じて、それらの数の増加につながります。
スパゲッティが割れる写真。先端が異なる速度で集められています。毎秒5ミリメートル（左）と毎秒300ミリメートル（右）です。
研究の著者によると、彼らの結果は、主に、自然起源と人間によって得られたものの両方の一次元オブジェクトの幾何学と機械的特性を制御するアプローチを開発するという観点から興味深いものです。同時に、ねじれと速度論的制御の両方のアプローチは、実際の開発に役立つ可能性があります。
物理学者は、よく知られている視覚の問題や人気のある娯楽のための最適な方法を見つけようとすることがよくあります。たとえば、科学者たちは最近、ペットボトル内の最適な水の量とその初期回転の速度を決定しました。これらは、フリップ後の投げトリックの結果としてボトルが底に落ちるのに必要です。また、別の物理学者グループは、アイスキャンデーの棒で作られたリボンで「爆風」が伝播するプロセスを説明し、この効果が観察されるさまざまな条件を発見しました。
