Как сломать спагетти ровно пополам?

Если в вашем распоряжении есть какое-то количество спагетти или похожих макаронных изделий, вы можете поставить нехитрый эксперимент. Возьмите макаронину за оба конца и постарайтесь ее сломать. Она разломится на три-четыре части. Если у вас это получилось — радуйтесь! Вы оказались в ряду великих физиков, делавших то же самое.

Житейский здравый смысл подсказывает, что длинный монолитный предмет (макаронина), сгибаемый с обеих концов, должен сломаться посередине, с образованием двух кусков примерно одинаковой длины. По крайней мере, такой результат кажется наиболее вероятным. Но так не происходит — спагетти ломаются на большее количество частей.

Объяснение этого парадокса искали многие знаменитые физики, вплоть до Ричарда Фейнмана. Популярная легенда гласит, что однажды мистер Фейнман переломал за вечер целую коробку спагетти, но проблему так и не решил. Мы не знаем, так ли это было в действительности, но, во всяком случае, «проблема спагетти» оставалась актуальной до 2005 года, когда группе ученых из Франции (Basile Audoly and Sebastien Neukirch) удалось выяснить, что, при сильном изгибе макаронины, она действительно начинает ломаться посередине, но возникающие при этом силы приводят к дополнительному разрушению объекта. В 2006 году ученые были удостоены шуточной Игнобелевской премии.

Оставался вопрос: есть ли способ все-таки сломать спагетти ровно пополам? Решением вопроса занялась группа исследователей из Массачусетского технологического института и Корнельского университета. Ученые попытались сильно скрутить спагетти. В этом случае макаронина действительно ломалась примерно пополам.

Для проверки первоначальных результатов Рональд Хайссер из Корнельского университета построил специальную установку. Два фиксатора удерживали несчастную макаронину. Один из них можно было вращать, создавая крутильные напряжения. Второй сдвигался вдоль нее, сдвигая концы спагетти и создавая ломающую силу. Для видеофиксации результатов использовалась высокоскоростная камера — 1 миллион кадров в секунду.

Как выяснилось, спагетти ломаются пополам, если скрутить их примерно на 360 градусов. Для объяснения этого эффекта учеными была предложена математическая модель, а сводные результаты экспериментов были опубликованы в PNAS.

Теперь на секунду перестанем смеяться над исследователями макарон и задумаемся. Речь идет об объяснении процесов разрушения протяженных монолитных объектов. Результаты могут иметь практические применения в самых разных областях человеческой деятельности, связанных с этими объектами, причем на роль главных «претендентов» выходят нанотехнологи, в которых стержнеподобные структуры применяются очень часто.