Γιατί χύνεται ο καφές όταν περπατάμε: η ερμηνεία της φυσικής

Μια δυνατή υποψηφιότητα για το βραβείο Ig Nobel Φυσικής αποτελεί η έρευνα του μηχανολόγου μηχανικού του πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας Rouslan Krechetnikov και του μεταπτυχιακού φοιτητή Hans Mayer. Οι δυο ερευνητές αποφάσισαν να μελετήσουν τις αναταραχές του καφέ σε μια κούπα, όταν σε ένα συνέδριο δυναμικής ρευστών έβλεπαν τους συμμετέχοντες να προσπαθούν με δυσκολία να μεταφέρουν τα ποτά τους – και πολλές φορές να συμβαίνουν αστεία ατυχήματα.

Συνειδητοποίησαν ότι η φυσική δεν ήταν απλή. Εκτός από τη μηχανική του ανθρώπινου βαδίσματος, η οποία εξαρτάται από την ηλικία, την υγεία και το φύλο του ατόμου, σημαντικό ρόλο παίζει η φυσική που εξετάζει την κίνηση του ρευστού (ο καφές στην προκειμένη περίπτωση), σε σχέση με τις δυνάμεις, τις ροπές και τις επιταχύνσεις που υπεισέρχονται.
Επιστρέφοντας στο εργαστήριό τους οι Krechetnikov και Mayer δεν έχασαν χρόνο, σχεδίασαν και εκτέλεσαν ένα πείραμα: Ζήτησαν από ένα άτομο να περπατήσει με διαφορετικές ταχύτητες σε ευθεία πορεία με μια γεμάτη κούπα καφέ στο χέρι. Μια κάμερα κατέγραφε την κίνηση του ατόμου, ενώ ένας μικροσκοπικός αισθητήρας στην κούπα κατέγραφε την στιγμή της διαρροής.
Η ελεύθερη ταλάντωση μπρος – πίσω ενός ρευστού έχει μια συγκεκριμένη ιδιοσυχνότητα που καθορίζεται από το μέγεθος του δοχείου που το περιέχει. Η εργασία των Krechetnikov και Mayer στο Physical Review E , δείχνει ότι το συνηθισμένο μέγεθος μιας κούπας καφέ τυχαίνει να ταιριάζουν με τις συχνότητες που δημιουργούνται από την κίνηση των κάτω άκρων του ατόμου που βαδίζει. Αυτό σημαίνει ότι και μόνο το περπάτημα, χωρίς άλλη παρέμβαση, μπορεί να οδηγήσει την ταλάντωση του καφέ σε συντονισμό – που σημαίνει ταλάντωση με το μέγιστο πλάτος και μεγάλη πιθανότητα να χυθεί ο καφές. Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι και μικρές αποκλίσεις από το κανονικό περπάτημα μπορούν να ενισχύσουν την κίνηση του ρευστού αυξάνοντας κι άλλο την πιθανότητα «ατυχήματος».
Πως μπορούμε να αποφύγουμε την διαρροή του καφέ από τη κούπα μας καθώς περπατάμε; Ξεκινώντας το περπάτημά μας αργά – που σημαίνει μικρή επιτάχυνση και αφήνοντας την κατάλληλη απόσταση μεταξύ της επιφάνειας του καφέ από το χείλος της κούπας. Αυτό πρέπει να είναι τουλάχιστον το 1/8 της διαμέτρου μιας συνηθισμένης κούπας …. (για περισσότερες τεχνικές λεπτομέρειες: Walking with coffee: Why does it spill? )
Ωστόσο, ο φυσικός Andrzej Herczynski από το Boston College ασκεί «δρυμεία» κριτική στην εργασία των Krechetnikov και Mayer, διότι δεν προχώρησε αρκετά, δηλώνοντας:
«Προσωπικά έχω απογοητευθεί από την μελέτη διότι περιορίζεται σε κυλινδρικές κούπες … αφήνοντας έξω τα διαφορετικού σχήματος φλυτζάνια που χρησιμοποιούνται για τον καπουτσίνο στην Ιταλία».
Παρόλα αυτά, η έρευνα αυτή μάλλον κερδίζει το βραβείο Ig Nobel.


news.sciencemag.org
physicsgg.me