Η φυσική του χυμένου καφέ
Οι επιστήμονες αντιμετωπίζουν πολλά εμπόδια στο δρόμο προς τη μεγαλύτερη γνώση. Αλλά νέα έρευνα προτείνει πώς να αποφύγετε μια από τις πιο κοινές παγίδες:τον χυμένο καφέ.
«Δεν μπορώ να πω με βεβαιότητα εάν η έκχυση του καφέ ήταν επιζήμια για την επιστημονική έρευνα σε σημαντικό βαθμό», λέει ο συγγραφέας της μελέτης Rouslan Krechetnikov, μηχανολόγος μηχανικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα. «Αλλά μπορεί σίγουρα να είναι αναστάτωση για μια σειρά σκέψεων».
Ο Krechetnikov και ο μεταπτυχιακός φοιτητής του Hans Mayer αποφάσισαν να ερευνήσουν τη διαρροή καφέ σε ένα συνέδριο δυναμικής υγρών πέρυσι, όταν παρακολούθησαν υπερφορτωμένους συμμετέχοντες που προσπαθούσαν να μεταφέρουν τα ποτά τους πέρα δώθε. Γρήγορα κατάλαβαν ότι η φυσική δεν ήταν απλή. Πέρα από τη μηχανική του ανθρώπινου περπατήματος, η οποία εξαρτάται από την ηλικία, την υγεία και το φύλο ενός ατόμου, υπάρχει η πολύ εμπλεκόμενη επιστήμη της ολίσθησης υγρών, η οποία εξαρτάται από μια πολύπλοκη αλληλεπίδραση επιταχύνσεων, ροπών και δυνάμεων.
Πίσω στο εργαστήριο, ο Krechetnikov και ο Mayer δημιούργησαν ένα πείραμα:Ζήτησαν από ένα άτομο να περπατήσει με διαφορετικές ταχύτητες σε μια ευθεία διαδρομή με μια γεμάτη κούπα καφέ στο χέρι. Ο εθελοντής το έκανε αυτό με έναν από τους δύο τρόπους - είτε εστιάζοντας στην κούπα του καφέ είτε κοιτάζοντας ευθεία μπροστά. Μια κάμερα κατέγραψε την κίνηση του ατόμου και την τροχιά της κούπας, ενώ ένας μικροσκοπικός αισθητήρας στην κούπα κατέγραψε τη στιγμή της διαρροής.
Η κίνηση ενός ρευστού μπρος-πίσω έχει μια συγκεκριμένη φυσική συχνότητα, και αυτή καθορίζεται από το μέγεθος του δοχείου του. Στην εργασία τους που δημοσιεύτηκε την περασμένη εβδομάδα στο Physical Review E , οι Krechetnikov και Mayer δείχνουν ότι τα καθημερινά μεγέθη κούπας παράγουν φυσικές συχνότητες που τυχαίνει να ταιριάζουν με αυτές των κινήσεων των ποδιών ενός ατόμου κατά το περπάτημα. Αυτό σημαίνει ότι το περπάτημα μόνο του, χωρίς καμία άλλη παρέμβαση, είναι ρυθμισμένο για να οδηγεί τον καφέ να ταλαντώνεται σε μια κούπα. Αλλά οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης ότι ακόμη και οι μικρές ανωμαλίες στο περπάτημα ενός ατόμου είναι σημαντικές:Αυτές ενισχύουν τις πιο άγριες ταλαντώσεις ή το sloshing, που αυξάνει την πιθανότητα διαρροής.
«Πρόκειται για μια πολύ ωραία μελέτη», λέει ο Lei Ren, ειδικός στην εμβιομηχανική του περπατήματος στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ στο Ηνωμένο Βασίλειο. «Αποκαλύπτει την εκλεπτυσμένη αλληλεπίδραση μεταξύ της δυναμικής του ανθρώπινου σώματος και της ρευστής μηχανικής της έκχυσης του καφέ».
Πώς λοιπόν μπορεί κανείς να αποφύγει μια διαρροή; Οι απαντήσεις του Krechetnikov και του Mayer μπορεί να μην αποτελούν μεγάλη έκπληξη. Το να ξεκινήσετε το περπάτημά σας πιο αργά - δηλαδή να επιταχύνετε λιγότερο - θα σας βοηθήσει. Έτσι θα αφήσει ένα αξιοπρεπές κενό μεταξύ της κορυφής του καφέ και του χείλους της κούπας. αυτό θα πρέπει να είναι τουλάχιστον το ένα όγδοο της διαμέτρου της κούπας - για μια κανονική κούπα, περίπου ένα εκατοστό πρέπει να το κάνει. Αλλά η συμβουλή των ερευνητών "πάρτε σπίτι" είναι να κοιτάξετε τι κάνετε - εφόσον η κούπα σας δεν είναι γεμάτη πολύ ψηλά, μια κούπα με ρολόι σχεδόν εγγυάται μια καθαρή διαδρομή.
Οι περισσότεροι άνθρωποι θα έχουν επεξεργαστεί αυτές τις συμβουλές για τον εαυτό τους, λέει ο Matthew Turner, ένας μαθηματικός που ειδικεύεται στο sloshing υγρών στο Πανεπιστήμιο του Surrey στο Guildford, Ηνωμένο Βασίλειο. Αλλά λέει ότι το μαθηματικό μοντέλο των ερευνητών θα επιτρέψει στους επιστήμονες να ερευνήσουν διαφορετικά σχέδια κυπέλλων χωρίς να κάνουν πραγματικά τους. Οι μηχανικοί γνωρίζουν ήδη τεχνικές ελέγχου σβηστού:Τα βυτιοφόρα περιέχουν εσωτερικές κορυφογραμμές ή διαφράγματα, για να μειώσουν την κίνηση της βενζίνης, για παράδειγμα, επειδή η υπερβολική ολίσθηση θα μπορούσε να κάνει ένα φορτηγό να ανατραπεί.
Αλλά ο Turner πιστεύει ότι οι κατασκευαστές κούπες είναι απίθανο να υιοθετήσουν αυτές τις ιδέες. «Περιμένω ότι είναι πιο οικονομικό για τους κατασκευαστές να παρέχουν απλώς ένα καπάκι για τις κούπες του καφέ μας, κάτι που ορισμένοι ήδη κάνουν», λέει. «Αλλά αυτή η μελέτη θα μπορούσε να μας δώσει μια γραμμή πλήρωσης μέσα στην κούπα μας κάτω από την οποία θα πρέπει να κρατάμε τον καφέ μας, για να ελαχιστοποιήσουμε την πιθανότητα διαρροής».
Ωστόσο, ο φυσικός Andrzej Herczynski στο Κολέγιο της Βοστώνης πιστεύει ότι η μελέτη του Krechetnikov και του Mayer δεν πήγε αρκετά μακριά. «Προσωπικά ήμουν λίγο απογοητευμένος που η μελέτη περιορίζεται σε κυλινδρικές κούπες… αφήνοντας έξω τα πολύ κοινά κυρτά ή κωνικά κύπελλα, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται για καπουτσίνο και λάτε στην Ιταλία», λέει. «Παρόλα αυτά, η εφημερίδα φαίνεται τουλάχιστον προορισμένη για το βραβείο Ig Nobel».
