Kdo lahko prelomi špaget na dva dela?

Rekli boste, da ni potrebno biti Popaj, da bi prelomili špaget na dva dela. Res je, za to ni potrebna velika moč, naloga pa kljub temu ni enostavna. Če primemo surov špaget za oba konca in ga počasi upogibamo, dokler se ne razlomi, bodo zmeraj nastali vsaj trije kosi. Poskusite, če ne verjamete. Včasih se vam bo zazdelo, da vam je uspelo špaget prelomiti le na dva dela, vendar morate takrat dolžino teh dveh kosov primerjati z dolžino nerazlomljenega špageta. Ugotovili boste, da je skupna dolžina obeh nastalih kosov »čudežno« manjša od dolžine celega špageta. Razlika se skriva v kakšen centimeter dolgem koščku, ki je odletel v kot kuhinje, ne da bi ga vi opazili.

Zakaj zmeraj vsaj 3 kosi. Gre za precej neobičajen pojav. Intuitivno bi pričakovali razlom v dve (ne nujno enako veliki) polovici, saj je nekje na špagetu ena sama najšibkejša točka. Ko bo sila zaradi zvijanja dovolj velika, bo špaget počil v tej točki. Takrat pričakujemo, da se bo sila sprostila, in v rokah naj bi nam ostala dva dela.

Z razlago tega pojava se je ukvarjalo več umnih glav, med drugimi tudi Nobelov nagrajenec za fiziko Richard Feynman. Imel je navado, da je svojim obiskovalcem ponudil špaget, jim razložil pojav ter jih prosil za pomoč pri reševanju problema. Včasih se je obisk po nekaj urah končal s škatlo polomljenih špagetov razmetanih po celi kuhinji.

Feynmanu in njegovim gostom ni uspelo rešiti uganke. Do rešitve so se dokopali bralci revije New Scientist, s fizikalne plati pa sta leta 2004 rešitev opisala francoska fizika Basile Audoly in Segbastien Neukirch, v članku z naslovom »Fragmentation of rods by cascading cracks: Why spaghetti does not break in half«, v ugledni znanstveni reviji Physical Review Letters (vol. 95, str. 95505). Dogajanje v špagetu sta opisala z matematičnim modelom, ki ga bodo lahko uporabljali tudi inženirji za varnejše načrtovanje paličastih struktur. Za svoj dosežek sta leta 2006 dobila alternativno Nobelovo nagrado.

Pri upogibanju špageta nastane lok. Sile so največje na sredini loka, ker pa šibke točke po špagetu niso razporejene enakomerno, bo ob prekoračitvi določene sile špaget počil bolj ali manj blizu vrha loka. Oba konca odlomljenega špageta nenadoma postaneta prosta konca in se takrat iz ukrivljene oblike vrneta v ravno lego, vendar nato zanihata oz. zavalovita in se pri tem ukrivita tudi v nasprotni smeri. Ker so določene točke špageta takrat že napokane zaradi prvotnega ukrivljanja, bo ta nihljaj zadoščal za nov razlom.

Pri upogibanju špageta delujejo na zunanji strani na testo natezne sile, na notranji strani pa tlačne sile. Razlom špageta se začne tako, da se začne v špaget širiti razpoka z zunanje strani upognjenega loka. Na notranji strani, kjer delujejo tlačne sile, se ponavadi del testa odkruši (glej sliko). Tretji (in včasih še četrti) košček špageta, ki poleti po zraku, se enkrat odlomi zaradi ukrivljanja v eno smer, drugič pa večinoma zaradi ukrivljanja v drugo smer. V skladu s tem ima na tistem od odlomljenih koncev, kjer se je zgodil prvi razlom, okrušen spodnji rob, na drugem koncu, kjer se je zgodil drugi razlom zaradi ukrivljanja navzgor, pa ima okrušen zgornji rob. Poiščite po vogalih kuhinje tisti košček in preverite okrušene robove.

Kdor ima veselje do eksperimentiranja, bo vse zgoraj navedene trditve preveril s poskusom. Za dodatno motivacijo pa zastavljam še naslednjo nalogo: poiščite način, kako se da, kljub zgoraj opisanemu pojavu, špaget razlomiti na dva dela. Svoja opažanja, razmišljanja, meritve in tehniko lomljenja na dva dela opišite v Kvarkadabrinem forumu: znanost v kuhinji lomljenje špagetov.

Samo Kreft