Doświadczeni kucharze mogą stwierdzić, kiedy olej do smażenia ma odpowiednią temperaturę, po skwierczącym odgłosie wkładania wilgotnych pałeczek.
Zwilżone pałeczki, kropelki wody w gorącym oleju spożywczym ujawniają skomplikowaną dynamikę bąbelków i charakterystykę dźwięku.
Jak sama nazwa wskazuje, mechanika płynów jest gałęzią fizyki zajmującą się mechaniką płynów (cieczy, gazów i plazmy) oraz działających na nie sił. Można go podzielić na dwa obszary badań:statykę płynów i dynamikę płynów.
Podczas gdy wielu badaczy dynamiki płynów zajmuje się przepływem płynów, zespół naukowców przyjrzał się niedawno czemuś bardziej wybuchowemu:co się dzieje, gdy kropla wody lub kropla ciasta uderza w gorący olej?
Doświadczeni kucharze mogą określić, kiedy olej do smażenia osiągnął odpowiednią temperaturę do smażenia w głębokim tłuszczu, wkładając zwilżone pałeczki do gorącego oleju. Na patykach tworzą się bąbelki, a skwierczący dźwięk, który wydają, może powiedzieć kucharzowi, kiedy nadszedł czas, aby dodać jedzenie na patelnię.
W czasopiśmie Physics of Fluids , przez AIP Publishing, naukowcy ze Stanów Zjednoczonych, Kanady i Arabii Saudyjskiej dokładnie zbadali bąbelki, które tworzą się, gdy kropelki wody stykają się z podgrzanym olejem spożywczym. Kiedy badacze włożyli zwilżone pałeczki do gorącego oleju, stwierdzili, że rodzaj i liczba utworzonych bąbelków zależała od ilości wody wchłoniętej przez pałeczki, a także od materiału pałeczek.
Komora wybuchowa, która tworzy się, gdy kropla wody uderza w gorący olej. Źródło:Tadd T. Truscott
Eksperymentowali z kropelkami wody i kropelkami ciasta zawieszonymi na czubku pałeczek. Kropelka wody eksplodowała, gdy uderzyła w gorący olej, gdzie na jej powierzchni pojawiły się bąbelki.
Aby dokładniej zbadać, co się dzieje, gdy żywność jest umieszczana w gorącym oleju, naukowcy wykorzystali jako model mały kawałek papieru zwilżony wodą. Odkryli, że ilość i rodzaj bąbelków w tym przypadku zależy zarówno od ilości wody, jak i temperatury. Zaobserwowali, że w gorącym oleju w wyniku kontaktu z wodą tworzyły się różne rodzaje zagłębień parowych.
Te wstępne eksperymenty doprowadziły do serii bardziej kontrolowanych badań z wykorzystaniem układu, który umożliwiał dodawanie kropel wody do gorącego oleju z drutu napowietrznego na ruchomym stoliku. Do zbierania szczegółowych danych na temat kształtu bąbelków, które tworzą się, gdy kropla wody uderza w gorący olej oraz skwierczącego dźwięku, który wydają, gdy pękają, wykorzystano szybką kamerę i czuły mikrofon.
Film przedstawiający komorę wybuchu, która powstaje, gdy kropla wody uderza w gorący olej. Źródło:Tadd T. Truscott
„W naszych eksperymentach znaleźliśmy trzy rodzaje zdarzeń bąbelkowych:wnękę wybuchową, wydłużoną wnękę i wnękę oscylacyjną” – powiedział autor Tadd Truscott.
Wnęka wybuchu tworzy się, gdy kropelka wody wchodzi do gorącego oleju i ulega mikroeksplozji z powodu nagłego wzrostu temperatury, tworząc pęcherzyk pary, który może rozerwać powierzchnię. Podłużna wnęka zawiera kroplę wody, która eksploduje bez rozerwania powierzchni.
Oscylująca wnęka powstaje, gdy kropla ześlizguje się z drutu i jest szybko zanurzona. Przechodzi wieloetapowy proces eksplozji i zaczyna oscylować, zanim rozpadnie się na liczne małe bąbelki.
Sygnały dźwiękowe z mikrofonu ujawniły, że trzy typy wnęk wytwarzają różne charakterystyki akustyczne lub dźwiękowe.
„Możemy rozróżnić różne charakterystyki sygnału akustycznego dla każdego typu wnęki” – powiedział Truscott. „Odszyfrowanie sygnałów dźwiękowych może prowadzić do przyszłych zastosowań, takich jak akustyczne wykrywanie wytwarzania aerozolu”.
Odniesienie:„Morphology of bubble dynamic and sound in hot oil” Akihito Kiyama, Rafsan Rabbi, Zhao Pan, Som Dutta, John S. Allen i Tadd T. Truscott, 7 czerwca 2022, Fizyka płynów .
DOI:10.1063/5.0088065
