Investigadores del MIT han diseñado un "Oreómetro" imprimible en 3D para someter el relleno de crema de Oreo a una serie de pruebas para comprender qué sucede cuando dos obleas se tuercen para separarlas.
Los ingenieros mecánicos sometieron el relleno de crema de Oreo a una serie de pruebas para comprender qué sucede cuando se tuercen dos obleas para separarlas.
Cuando abres una galleta Oreo para llegar al centro cremoso, estás imitando una prueba reológica básica. (La reología es el estudio de cómo fluye un material no newtoniano cuando se retuerce, se presiona o se tensa de otro modo). Ahora, los ingenieros del MIT han sometido la famosa galleta sándwich a rigurosas pruebas de materiales para responder a una pregunta inquietante:¿por qué la crema de la galleta se pega? a una sola oblea cuando se retuerce?
"Existe el fascinante problema de intentar que la crema se distribuya uniformemente entre las dos obleas, lo que resulta ser realmente difícil", dice Max Fan, estudiante del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT.
¿Por qué la crema de la galleta se pega a una sola oblea cuando se retuerce? Los ingenieros del MIT buscan la respuesta.
En busca de una respuesta, el equipo de investigadores expuso las galletas a experimentos reológicos normales en el laboratorio y descubrió que, independientemente del sabor o la cantidad de relleno, la crema en el centro de una Oreo casi siempre se adhiere a una oblea cuando se abre. Solo en las cajas de galletas más viejas, la crema a veces se divide más equitativamente entre las dos obleas.
Los científicos también midieron el torque requerido para abrir una Oreo y encontraron que es similar al torque requerido para girar el pomo de una puerta y aproximadamente 1/10 de lo que se necesita para abrir una tapa de botella. El estrés por falla de la crema, es decir, la fuerza por área requerida para que la crema fluya o se deforme, es el doble que el del queso crema y la mantequilla de maní, y aproximadamente de la misma magnitud que el queso mozzarella. A juzgar por la respuesta de la crema al estrés, el equipo clasifica su textura como "blanda", en lugar de quebradiza, dura o gomosa.
Cuando abres una galleta Oreo para llegar al centro cremoso, estás imitando una prueba estándar en reología:el estudio de cómo fluye un material no newtoniano cuando se tuerce, se presiona o se estresa de otra manera.
Entonces, ¿por qué la crema de la galleta se desliza hacia un lado en lugar de dividirse uniformemente entre ambos? El proceso de fabricación puede ser el culpable.
“Los videos del proceso de fabricación muestran que colocan la primera oblea, luego dispensan una bola de crema en esa oblea antes de colocar la segunda oblea encima”, dice Crystal Owens, candidata a doctorado en ingeniería mecánica del MIT que estudia las propiedades de los fluidos complejos. . "Aparentemente, esa pequeña demora puede hacer que la crema se adhiera mejor a la primera oblea".
El estudio del equipo no es simplemente una dulce distracción de la investigación básica; también es una oportunidad para hacer que la ciencia de la reología sea accesible para otros. Con ese fin, los investigadores diseñaron un "Oreómetro" imprimible en 3D, un dispositivo simple que agarra firmemente una galleta Oreo y usa centavos y bandas elásticas para controlar la fuerza de torsión que gira progresivamente la galleta para abrirla. Las instrucciones para el dispositivo de sobremesa se pueden encontrar aquí.
El nuevo estudio, "Sobre la oreología, la fractura y el flujo de la 'galleta favorita de la leche'", aparece hoy en Kitchen Flows , un número especial de la revista Physics of Fluids . Fue concebido a principios de la pandemia de Covid-19, cuando los laboratorios de muchos científicos estaban cerrados o eran de difícil acceso. Además de Owens y Fan, los coautores son los profesores de ingeniería mecánica Gareth McKinley y A. John Hart.
Conexión de confección
Una prueba estándar en reología coloca un fluido, una suspensión u otro material fluido en la base de un instrumento conocido como reómetro. Se puede bajar una placa paralela sobre la base sobre el material de prueba. Luego, la placa se tuerce mientras los sensores rastrean la rotación y el par aplicados.
Owens, que usa regularmente un reómetro de laboratorio para probar materiales fluidos como tintas imprimibles en 3D, no pudo evitar notar una similitud con las galletas sándwich. Como ella escribe en el nuevo estudio:
“Científicamente, las galletas sándwich presentan un modelo paradigmático de reometría de placas paralelas en el que una muestra fluida, la crema, se mantiene entre dos placas paralelas, las obleas. Cuando las obleas giran en sentido contrario, la crema se deforma, fluye y finalmente se fractura, lo que lleva a la separación de la galleta en dos partes”.
Si bien la crema Oreo puede parecer que no posee propiedades fluidas, se considera un "líquido de límite elástico":un sólido blando cuando no se lo perturba que puede comenzar a fluir bajo suficiente estrés, como lo hacen la pasta de dientes, el glaseado, ciertos cosméticos y el concreto.
Curioso por saber si otros habían explorado la conexión entre las Oreo y la reología, Owens encontró una mención de un estudio de la Universidad de Princeton de 2016 en el que los físicos informaron por primera vez que, de hecho, al torcer las Oreo a mano, la crema casi siempre se despegaba en una oblea.
"Queríamos construir sobre esto para ver qué causa realmente este efecto y si podíamos controlarlo si montamos las Oreo con cuidado en nuestro reómetro", dice ella.
giro de galleta
En un experimento que repetirían para múltiples galletas de varios rellenos y sabores, los investigadores pegaron una Oreo a las placas superior e inferior de un reómetro y aplicaron diversos grados de torsión y rotación angular, anotando los valores que lograron separar cada galleta con éxito. . Conectaron las medidas en ecuaciones para calcular la viscoelasticidad o fluidez de la crema. Para cada experimento, también anotaron la "distribución post-mortem" de la crema, o dónde terminó la crema después de abrirla.
En total, el equipo revisó unas 20 cajas de Oreos, incluidos los niveles de relleno regular, Double Stuf y Mega Stuf, y los sabores de oblea regular, chocolate negro y “dorado”. Sorprendentemente, descubrieron que, independientemente de la cantidad de relleno de crema o del sabor, la crema casi siempre se separaba en una oblea.
“Esperábamos un efecto basado en el tamaño”, dice Owens. “Si hubiera más crema entre capas, debería ser más fácil deformar. Pero ese no es realmente el caso”.
Curiosamente, cuando asignaron el resultado de cada galleta a su posición original en la caja, notaron que la crema tendía a adherirse a la oblea que miraba hacia adentro:las galletas en el lado izquierdo de la caja se torcieron de tal manera que la crema terminó en la oblea derecha. mientras que las galletas en el lado derecho se separaron con crema principalmente en la oblea izquierda. Sospechan que esta distribución de cajas puede ser el resultado de los efectos ambientales posteriores a la fabricación, como el calentamiento o los empujones que pueden hacer que la crema se desprenda ligeramente de las obleas externas, incluso antes de torcerse.
La comprensión obtenida de las propiedades de la crema Oreo podría aplicarse potencialmente al diseño de otros materiales fluidos complejos.
“Mis fluidos de impresión 3D están en la misma clase de materiales que la crema Oreo”, dice ella. "Entonces, esta nueva comprensión puede ayudarme a diseñar mejor la tinta cuando intento imprimir componentes electrónicos flexibles a partir de una mezcla de nanotubos de carbono, porque se deforman casi exactamente de la misma manera".
En cuanto a la galleta en sí, sugiere que si el interior de las obleas Oreo tuviera más textura, la crema podría adherirse mejor a ambos lados y dividirse más uniformemente cuando se tuerza.
"Tal como están ahora, descubrimos que no hay ningún truco para torcer que divida la crema de manera uniforme", concluye Owens.
Referencia:"Sobre la oreología, la fractura y el flujo de la "galleta favorita de la leche®"" por Crystal E. Owens, Max R. Fan, A. John Hart y Gareth H. McKinley, 19 de abril de 2022, Física de los fluidos .
DOI:10.1063/5.0085362
Esta investigación fue financiada, en parte, por el programa UROP del MIT y por el Programa de Becas para Graduados en Ingeniería y Ciencias de la Defensa Nacional.
