Rozwiązano popcornową zagadkę

Emmanuel Virot z École Polytechnique i Alexandre Ponomarenko z Uniwersytetu w Grenoble przeprowadzili eksperymenty i już wiedzą, jaka temperatura jest najlepsza do pękania ziaren kukurydzy, co dzieje się, gdy popcorn strzela i skąd bierze się charakterystyczny dźwięk. W rozwiązaniu zagadki pomogło nagrywanie przebiegu zdarzeń z prędkością 2900 klatek na sekundę.

Okazało się, że gdy temperatura sięgnęła 100°C, część wilgoci z ziarna zaczęła zmieniać się w parę. Po wzroście temperatury do ok. 180°C ciśnienie wyniosło ok. 10 barów. Pod wpływem dużych naprężeń łuska nasienia pękła, a w wyniku znacznego spadku ciśnienia skrobiowy środek rozszerzał się i wystawał przez szczeliny. Odkryliśmy, że bez względu na rozmiar czy kształt ziarna krytyczna temperatura wynosi ok. 180°C - opowiada Virot.

Eksperyment prowadzono z naczyniem rozgrzanym do temperatury 350°C (temperatura w pomieszczeniu wynosiła 20°C). Gdy pękała łuska nasienia i zaczynało się rozszerzanie skrobi, tworzyła się wypustka w kształcie nóżki, która w kontakcie z płytą ulegała ściśnięciu. Nóżka odbijała się od dna, a popcorn charakterystycznie podskakiwał. Kilka milisekund później wnętrze rozszerzało się do gąbczastego płatka. Od pęknięcia do utworzenia płatka mijało zaledwie 0,09 s.

Jak tłumaczą Francuzi, podskakiwanie popcornu to połączenie termodynamiki i mechaniki pękania, a nie skutek zwykłego rozprężania gazów. Ziarno popcornu ma szczególny sposób podskakiwania, pośredni między roślinami autochorycznymi, np. niecierpkami, a wyposażonymi w mięśnie zwierzętami [...].

Badając wpływ temperatury na pękanie kukurydzy, inżynierowie zaczęli od eksperymentów z popcornem do kuchenek mikrofalowych; wybrali paczki z pojedynczej partii pewnej sieci handlowej. Umieścili je w urządzeniu i zwiększali temperaturę w 10-stopniowych interwałach (konkretną wartość utrzymywano przez 5 min). Ustalili, że w 170°C pękło tylko 34% ziaren (17 z 50), zaś w 180°C aż 98% (48 ziaren z 50).

Skąd odgłos wystrzału? By odpowiedzieć na to pytanie, naukowcy dodali do kamery mikrofon. Testowali 3 hipotezy: że słyszymy tworzenie się pęknięcia, uderzenie ziarna o dno naczynia lub uwolnienie pary wodnej. Ponieważ dźwięk nie towarzyszył pęknięciu, ale pojawiał się ok. 6 ms później i trwał circa 50 ms, pierwsze dwie teorie wykluczono.

popcorn kukurydza ziarna pękanie dźwięk wystrzał podskakiwanie Emmanuel Virot Alexandre Ponomarenko