p Se acontecer de você ter uma caixa de espaguete em sua despensa, tente esta experiência:puxe um único palito de espaguete e segure-o pelas duas extremidades. Agora dobre até quebrar. Quantos fragmentos você fez? Se a resposta for três ou mais, puxe outra vareta e tente novamente. Você pode quebrar o macarrão em dois? Se não, você está em boa companhia. p O desafio do espaguete confundiu até mesmo pessoas como o famoso físico Richard Feynman '39, que certa vez passou boa parte da noite partindo macarrão e procurando uma explicação teórica para o motivo pelo qual os palitos se recusavam a se partir em dois.

p O experimento da cozinha de Feynman permaneceu sem solução até 2005, quando os físicos da França reuniram uma teoria para descrever as forças em ação quando o espaguete - e qualquer longo, haste fina - está dobrada. Eles descobriram que quando uma vara é dobrada uniformemente em ambas as extremidades, vai quebrar perto do centro, onde é mais curvo. Esta quebra inicial desencadeia um efeito de "snap-back" e uma onda de curvatura, ou vibração, que fratura ainda mais a vara. A teoria deles, que ganhou o Prêmio Ig Nobel de 2006, parecia resolver o enigma de Feynman. Mas uma questão permaneceu:o espaguete poderia ser coagido a se partir em dois?

p A resposta, de acordo com um novo estudo do MIT, é sim - com uma diferença. Em artigo publicado esta semana no Proceedings of the National Academy of Sciences , pesquisadores relatam que encontraram uma maneira de quebrar o espaguete em dois, dobrando e torcendo o macarrão seco. Eles realizaram experimentos com centenas de palitos de espaguete, dobrando e torcendo-os com um aparelho que eles construíram especificamente para a tarefa. A equipe descobriu que se um pedaço de pau é torcido além de um certo grau crítico, em seguida, dobrou-se lentamente ao meio, será, contra todas as probabilidades, quebrar em dois.

p Os pesquisadores dizem que os resultados podem ter aplicações além das curiosidades culinárias, como melhorar a compreensão da formação de trincas e como controlar fraturas em outros materiais semelhantes a hastes, como estruturas multifibras, nanotubos projetados, ou mesmo microtúbulos nas células.

p "Será interessante ver se e como a torção pode ser usada da mesma forma para controlar a dinâmica da fratura de materiais bidimensionais e tridimensionais, "diz o co-autor Jörn Dunkel, professor associado de matemática física aplicada no MIT. "Em todo o caso, este tem sido um projeto interdisciplinar divertido iniciado e realizado por dois alunos brilhantes e persistentes, que provavelmente não querem ver, pausa, ou comer espaguete por um tempo. "

p Os dois alunos são Ronald Heisser '16, agora um estudante de graduação na Cornell University, e Vishal Patil, estudante de graduação em matemática no grupo de Dunkel no MIT. Seus co-autores são Norbert Stoop, instrutor de matemática no MIT, e Emmanuel Villermaux, da Université Aix Marseille.

p Um mergulho profundo

p Heisser, junto com o parceiro do projeto Edgar Gridello, originalmente assumiu o desafio de quebrar o espaguete na primavera de 2015, como um projeto final para 18.354 (Nonlinear Dynamics:Continuum Systems), um curso ministrado por Dunkel. Eles haviam lido sobre o experimento de cozinha de Feynman, e se perguntou se o espaguete poderia de alguma forma ser quebrado em dois e se essa divisão poderia ser controlada.

p "Eles fizeram alguns testes manuais, tentei várias coisas, e teve a ideia de que quando torceu o espaguete com muita força e juntou as pontas, pareceu funcionar e se quebrou em dois pedaços, "Dunkel diz." Mas você tem que torcer com muita força. E Ronald queria investigar mais profundamente. "

p Então, Heisser construiu um dispositivo de fratura mecânica para torcer e entortar palitos de espaguete de maneira controlada. Duas pinças em cada extremidade do dispositivo prendem um pedaço de espaguete no lugar. Uma braçadeira em uma extremidade pode ser girada para torcer o macarrão seco em vários graus, enquanto a outra braçadeira desliza em direção à braçadeira de torção para juntar as duas pontas do espaguete, dobrando a vara.

p Heisser e Patil usaram o dispositivo para dobrar e torcer centenas de palitos de espaguete, e gravou todo o processo de fragmentação com uma câmera, em até um milhão de quadros por segundo. No fim, eles descobriram que, primeiro torcendo o espaguete em quase 360 ​​graus, em seguida, juntando lentamente os dois grampos para dobrá-lo, a vara partiu exatamente em duas. Os resultados foram consistentes em dois tipos de espaguete:Barilla No. 5 e Barilla No. 7, que têm diâmetros ligeiramente diferentes.

p Torção de macarrão

p Em paralelo, Patil começou a desenvolver um modelo matemático para explicar como a torção pode partir um palito em dois. Para fazer isso, ele generalizou trabalhos anteriores dos cientistas franceses Basile Audoly e Sebastien Neukirch, que desenvolveu a teoria original para descrever o "efeito snap-back, "em que uma onda secundária causada pela quebra inicial de uma vara cria fraturas adicionais, fazendo com que o espaguete se partisse principalmente em três ou mais fragmentos.

p Patil adaptou esta teoria adicionando o elemento de torção, e olhou como a torção deve afetar quaisquer forças e ondas que se propagam através de uma vara quando ela é dobrada. De seu modelo, ele descobriu isso, se um espaguete de 25 centímetros de comprimento for primeiro torcido cerca de 270 graus e depois dobrado, vai se partir em dois, principalmente devido a dois efeitos. O snap-back, em que a vara vai pular na direção oposta à qual foi dobrada, é enfraquecido na presença de torção. E, a torção para trás, onde o stick irá essencialmente desenrolar para sua configuração original endireitada, libera energia da haste, prevenção de fraturas adicionais.

p "Assim que quebrar, você ainda tem um snap-back porque a haste quer ser reta, "Dunkel explica." Mas também não quer ser distorcido. "

p Assim como o snap-back criará uma onda de curvatura, em que a vara vai balançar para frente e para trás, o desenrolar gera uma "onda de torção, "onde o bastão essencialmente se move para frente e para trás até parar. A onda de torção viaja mais rápido do que a onda de dobra, dissipando energia para que acumulações adicionais de estresse crítico, o que pode causar fraturas subsequentes, não ocorrem.

p "É por isso que você nunca consegue esta segunda pausa quando você torce forte o suficiente, "Dunkel diz.

p A equipe descobriu que as previsões teóricas de quando uma vara fina se partiria em dois pedaços, contra três ou quatro, combinado com suas observações experimentais.

p "Tomados em conjunto, nossos experimentos e resultados teóricos avançam a compreensão geral de como a torção afeta as cascatas de fratura, "Dunkel diz.

p Por enquanto, ele diz que o modelo é bem-sucedido em prever como a torção e a dobra irão quebrar por muito tempo, afinar, hastes cilíndricas, como espaguete. Quanto a outros tipos de massas?

p "Linguini é diferente porque é mais como uma fita, "Dunkel diz." A forma como o modelo é construído se aplica a hastes perfeitamente cilíndricas. Embora o espaguete não seja perfeito, a teoria captura seu comportamento de fratura muito bem, "