Si tiene una caja de espaguetis en su despensa, prueba este experimento:saca una sola barra de espagueti y sujétala por ambos extremos. Ahora dóblelo hasta que se rompa. ¿Cuántos fragmentos hiciste? Si la respuesta es tres o más, saque otro palo y vuelva a intentarlo. ¿Puedes romper los fideos en dos? Que no, estás en muy buena compañía.

El desafío de los espaguetis ha desconcertado incluso a personas como el famoso físico Richard Feynman '39, que una vez pasó una buena parte de la noche rompiendo pasta y buscando una explicación teórica de por qué los palos se negaban a partirse en dos.

El experimento de cocina de Feynman permaneció sin resolver hasta 2005, cuando los físicos de Francia armaron una teoría para describir las fuerzas que actúan cuando los espaguetis, y cualquier largo, varilla delgada — está doblada. Descubrieron que cuando un palo se dobla uniformemente desde ambos extremos, se romperá cerca del centro, donde es más curvo. Esta ruptura inicial desencadena un efecto de "retroceso" y una onda de flexión, o vibración, que fractura aún más el palo. Su teoría, que ganó el premio Ig Nobel 2006, pareció resolver el acertijo de Feynman. Pero quedaba una pregunta:¿se podría obligar a los espaguetis a partirse en dos?

La respuesta, según un nuevo estudio del MIT, es sí, con un toque. En un artículo publicado esta semana en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , los investigadores informan que han encontrado una manera de partir los espaguetis en dos, doblando y torciendo los fideos secos. Llevaron a cabo experimentos con cientos de palitos de espagueti, doblándolos y retorciéndolos con un aparato que construyeron específicamente para la tarea. El equipo descubrió que si un palo se tuerce más allá de un cierto grado crítico, luego se dobló lentamente por la mitad, va a, contra todo pronóstico, romper en dos.

Los investigadores dicen que los resultados pueden tener aplicaciones más allá de las curiosidades culinarias, como mejorar la comprensión de la formación de grietas y cómo controlar las fracturas en otros materiales similares a varillas, como las estructuras multifibras, nanotubos diseñados, o incluso microtúbulos en las células.

"Será interesante ver si la torsión podría usarse de manera similar para controlar la dinámica de fractura de materiales bidimensionales y tridimensionales, y de qué manera, "dice el coautor Jörn Dunkel, profesor asociado de matemática física aplicada en el MIT. "En todo caso, Este ha sido un divertido proyecto interdisciplinario iniciado y llevado a cabo por dos estudiantes brillantes y persistentes, que probablemente no quieran ver, rotura, o comer espaguetis por un tiempo ".

Los dos estudiantes son Ronald Heisser '16, ahora estudiante de posgrado en la Universidad de Cornell, y Vishal Patil, estudiante de posgrado en matemáticas del grupo de Dunkel en el MIT. Sus coautores son Norbert Stoop, instructor de matemáticas en el MIT, y Emmanuel Villermaux de la Université Aix Marseille.

Una inmersión en plato profundo

Heisser, junto con el socio del proyecto Edgar Gridello, originalmente asumió el desafío de romper espaguetis en la primavera de 2015, como proyecto final para 18.354 (Nonlinear Dynamics:Continuum Systems), un curso impartido por Dunkel. Habían leído sobre el experimento de cocina de Feynman, y se preguntó si los espaguetis podrían de alguna manera romperse en dos y si esta división podría controlarse.

"Hicieron algunas pruebas manuales, probé varias cosas, y se le ocurrió que cuando torcía los espaguetis con mucha fuerza y ​​juntaba los extremos, parecía funcionar y se rompió en dos pedazos, "Dunkel dice." Pero tienes que girar muy fuerte. Y Ronald quería investigar más profundamente ".

Así que Heisser construyó un dispositivo mecánico de fractura para torcer y doblar de manera controlada espaguetis. Dos abrazaderas en cada extremo del dispositivo sostienen una barra de espagueti en su lugar. Se puede girar una abrazadera en un extremo para girar los fideos secos en varios grados, mientras que la otra abrazadera se desliza hacia la abrazadera giratoria para unir los dos extremos de los espaguetis, doblando el palo.

Heisser y Patil usaron el dispositivo para doblar y torcer cientos de palitos de espagueti, y grabó todo el proceso de fragmentación con una cámara, hasta un millón de fotogramas por segundo. En el final, descubrieron que al girar primero los espaguetis casi 360 grados, luego juntando lentamente las dos abrazaderas para doblarlo, el palo se partió exactamente en dos. Los hallazgos fueron consistentes en dos tipos de espaguetis:Barilla No. 5 y Barilla No. 7, que tienen diámetros ligeramente diferentes.

Giro de fideos

En paralelo, Patil comenzó a desarrollar un modelo matemático para explicar cómo la torsión puede romper un palo en dos. Para hacer esto, generalizó el trabajo previo de los científicos franceses Basile Audoly y Sebastien Neukirch, que desarrolló la teoría original para describir el "efecto de retroceso, "en el que una onda secundaria causada por la rotura inicial de un palo crea fracturas adicionales, causando que los espaguetis se rompan en su mayoría en tres o más fragmentos.

Patil adaptó esta teoría agregando el elemento de torsión, y analizó cómo la torsión debería afectar las fuerzas y ondas que se propagan a través de un palo al doblarlo. De su modelo, encontró eso, Si un palito de espagueti de 10 pulgadas de largo se tuerce primero unos 270 grados y luego se dobla, se partirá en dos, principalmente debido a dos efectos. El snap-back en el que el palo saltará hacia atrás en la dirección opuesta a la que se dobló, se debilita en presencia de torsión. Y, el giro hacia atrás, donde el palo esencialmente se desenrollará a su configuración original enderezada, libera energía de la varilla, Previniendo fracturas adicionales.

"Una vez que se rompe, todavía tienes un retroceso porque la varilla quiere estar recta, "Dunkel explica." Pero tampoco quiere ser torcido ".

Así como el snap-back creará una onda de flexión, en el que el palo se tambalea hacia adelante y hacia atrás, el desenrollado genera una "onda de giro, "donde el palo esencialmente se mueve hacia adelante y hacia atrás hasta que se detiene. La onda de torsión viaja más rápido que la onda de flexión, disipar la energía para que las acumulaciones adicionales de estrés crítico, que pueden causar fracturas posteriores, no ocurren.

"Es por eso que nunca obtienes este segundo descanso cuando giras lo suficientemente fuerte, "Dunkel dice.

El equipo descubrió que las predicciones teóricas de cuándo un palo delgado se rompería en dos pedazos, versus tres o cuatro, emparejado con sus observaciones experimentales.

"Tomados en conjunto, Nuestros experimentos y resultados teóricos avanzan en la comprensión general de cómo la torsión afecta las cascadas de fracturas, "Dunkel dice.

Por ahora, él dice que el modelo es exitoso en predecir cuánto se romperán las torsiones y flexiones, delgada, varillas cilíndricas como espaguetis. ¿En cuanto a otros tipos de pasta?

"Linguini es diferente porque es más como una cinta, "Dunkel dice." La forma en que se construye el modelo se aplica a varillas perfectamente cilíndricas. Aunque los espaguetis no son perfectos, la teoría captura bastante bien su comportamiento de fractura, "