К книге
Три культурыГлава 2 Двадцать одно чудо творческой мысли. 2.3 Физические откровения (7 неожиданностей). 2.3.1 Закон сосиски
47%
Глава 2 Двадцать одно чудо творческой мысли. 2.3 Физические откровения (7 неожиданностей). 2.3.1 Закон сосиски
21

Рассмотрим некоторую на первый взгляд несерьезную гастрономическую проблему, возникающую при приготовлении блюд из сосисок. Почему при варке сосисок они лопаются вдоль, а не поперек, что было бы более удобно с точки зрения кулинара?

Начинаем с физического анализа проблемы. Почему вообще сосиски лопаются? При варке сосисок вода, содержащаяся в мясе, превращается в пар, который распирает изнутри оболочку сосиски. В оболочке возникает напряженное состояние, которое может разрушить оболочку, если напряжение превысит предел прочности. Для ответа на вопрос о характере разрушения необходимо построить физическую модель сосиски.

Представим сосиску в виде пустого тонкостенного цилиндра диаметром D, длиной L и толщиной оболочки а. Фактически мы рассматриваем только кожуру сосиски. Самое ценное с точки зрения потребителя, то есть мясо, мы выбрасываем из рассмотрения, оставляя только водяной пар (газ) с некоторым давление р, которое можно считать постоянным во всех точках внутри цилиндра. Снаружи на кожуру действует постоянное внешнее давление р0, так что кожуру можно рассматривать как тонкостенную оболочку, нагруженную изнутри избыточным давлением:

Теперь задача становиться технической – необходимо найти нагруженное состояние кожуры. Найдем напряжения, возникающие в кожуре (тонкостенной оболочке) под действием избыточного давления. Сила, разрывающая сосиску поперек, равна

Она приложена к сечению кожуры в форме тонкого кольца площадью πDa, то есть напряжение растяжения в поперечном направлении будет равно

Сила, разрывающая сосиску вдоль образующей цилиндра, то есть в продольном направлении, равна 

Она приложена к сечению кожуры в форме тонкой прямоугольной рамки площадью 2(D + L)a. Соответственно, напряжение растяжения в продольном направлении будет равно

Кожура лопнет в том направлении, где будет большее напряжение. Для того чтобы сравнить напряжения, поделим (17) на (15):

Так как у сосиски длина всегда больше диаметра: L>D, то σпр> σпоп, а следовательно, сосиска будет лопаться вдоль, а не поперек! Так как толщина кожуры не входит в окончательный ответ, то теорию, построенную для сосисок, можно применять и к более толстокожим вариантам: сарделькам и т. п. Отвлекаясь от гастрономического аспекта задачи, мы можем сказать, что мы рассчитали вариант разрушения тонкостенного цилиндрического баллона с газом, нагруженного внутренним избыточным давлением. Когда в 1986 году произошла катастрофа космического шаттла «Челленджер», то её причиной было разрушение внешнего топливного бака, который по «закону сосиски» лопнул вдоль, а не поперек, и вырвавшаяся газовая струя вскрыла шаттл, как консервную банку (если бы поперек, то струя прошла бы мимо и шаттл бы уцелел).

Предыдущая главаГлава 21 из 45Следующая глава