Резка лука — одно из самых распространенных действий на кухне, но за этим банальным процессом скрывается малоизученная физика: почему и как выбрасываются микроскопические капли жидкости, способные раздражать глаза. Новое исследование ученых приоткрыло завесу над этим явлением, применив передовые методы визуализации для точного изучения механики выбросов, передает inbusiness.kz со ссылкой на arxiv.org.
В ходе эксперимента специалисты использовали высокоскоростную велосиметрию отслеживаемых частиц (PTV) и цифровую корреляцию изображений (DIC), чтобы не только зафиксировать сам момент образования капель, но и количественно оценить характер их движения. Это позволило описать процесс в деталях и выделить два основных этапа выброса.
"Мы показываем, что образование капель происходит в два этапа: начальный высокоскоростной выброс, вызванный внутренним давлением первого слоя лука, с последующей более медленной фрагментацией связок на воздухе", — сообщают авторы исследования.
Именно внутреннее давление в тканях первого слоя вызывает всплеск жидкости, тогда как оставшиеся элементы распадаются уже под действием внешней среды.
Одним из ключевых открытий стала зависимость интенсивности выброса от условий резки.
"Систематически изменяя остроту лезвия и скорость резки, мы обнаруживаем, что более быстрые или тупые лезвия значительно увеличивают как количество, так и энергию выбрасываемых капель", — говорится в отчете.
Таким образом, неострое лезвие не просто делает нарезку менее эффективной, но и увеличивает риск распространения аэрозолей, потенциально содержащих патогены.
Метод DIC позволил визуализировать деформацию тканей лука и понять, как разные его слои влияют на выброс капель.
"Картирование деформации с помощью DIC показывает, что жесткий эпидермис лука действует как барьер для разрушения, позволяя лежащему под ним мезофиллу подвергаться значительному сжатию перед разрывом, тем самым увеличивая как количество, так и скорость образующихся разбрызганных капель", — подчеркивают исследователи.
По сути, наружная оболочка способствует накоплению внутреннего давления, которое потом реализуется в виде аэрозольного выброса.
Ученые не ограничились визуализацией: они создали масштабную физическую модель, а также упрощенную двухслойную модель с пружинным основанием, которые воспроизводят поведение лука при разрезании.
"Мы экспериментально и теоретически продемонстрировали, как заточенные лезвия приводят не только к меньшему количеству, но и к более медленным каплям", — сообщают авторы.
Эти выводы были дополнительно подтверждены испытаниями на аппарате Instron, который точно измерил критическую силу разрушения тканей лука.
Исследование имеет не только академическую, но и практическую значимость.
"Работа подчеркивает важность процедур заточки лезвий для ограничения выбрасываемых капель, инфицированных патогенами на кухне, которые содержат дополнительную энергию выброса из-за прочной внешней оболочки овощей", — говорится в статье.
Таким образом, простая гигиеническая мера — регулярная заточка ножей — может существенно снизить риск распространения патогенов в бытовых условиях.
Читайте по теме:
Как перец помогает создавать обезболивающее
