El ingeniero mecánico Roberto Zenit pasó el verano de 2019 tratando de resolver un problema que ahora afecta a los departamentos de ciencias de todo el mundo:¿Cómo pueden los experimentos prácticos de dinámica de fluidos, generalmente se lleva a cabo en salas de laboratorio bien surtidas, ser trasladado fuera del campus? Desde que golpeó la pandemia, Investigadores líderes como Zenit han encontrado formas creativas para que los estudiantes exploren el flujo en casa.

La respuesta de Zenit, por último, se redujo a panqueques. Imparte una clase de laboratorio de dinámica de fluidos en la Universidad de Brown, y un experimento requiere que los estudiantes midan la viscosidad, que a menudo se hace midiendo la rapidez con que las esferas pequeñas caen a través de líquidos espesos y se depositan en el fondo. Pero Zenit se dio cuenta de que no tenía que hacerlo de esa manera. La cocina es rica en fluidos viscosos, y todo lo que tenía que hacer era elegir uno.

¿Por qué no masa para panqueques?

Este otoño, estudiantes en su clase, dondequiera que fueron secuestrados, Tuve que mezclar la masa de panqueques, verterlo sobre una superficie horizontal, y medir la rapidez con que se expandió el radio. "Al medir la velocidad a la que crece esta gota en el tiempo, puede calcular la viscosidad, "dijo Zenit.

Zenit describió el experimento durante un mini-simposio sobre flujos de cocina en la 73ª Reunión Anual de la División de Dinámica de Fluidos de la Sociedad Estadounidense de Física. Además de su proyecto de viscosidad a través de panqueques, el simposio incluyó una nueva investigación sobre cómo los fluidos se mezclan entre sí y cómo incorporan partículas sólidas (como en la masa). Investigadores de la Universidad de Cambridge describieron nuevos hallazgos sobre saltos hidráulicos:esos círculos de agua inquietantemente suaves, rodeado de turbulencias, que se forman directamente debajo del grifo de la cocina.

Ingeniero químico Endre Mossige, investigador postdoctoral en la Universidad de Stanford, organizó el simposio. "Los experimentos de flujo en la cocina son muy fáciles de hacer, ", dijo." Se necesita tan poco equipo para extraer información tan útil sobre la dinámica de fluidos ".

La cocina es un lugar natural para buscar inspiración, dijo Jan Vermant, ingeniero en ETH Zurich. "En la cocina hacemos mucho con materiales de alta interfaz, ", dijo." Tienes que mezclar líquidos y aire y hacer emulsiones, y trabajar con burbujas. Este es un problema fundamental de los proyectos alimentarios, y uno conocido por chefs de todo el mundo ".

Vermant informó sobre el trabajo reciente de su grupo, que abordó un problema de la cerveza convirtiéndolo en un problema de dinámica de fluidos. Estudia películas delgadas, y en investigaciones recientes ha estado estudiando la estabilidad de la espuma en cervezas y panes. Cerveceros él dijo, verifique el progreso de la fermentación de las nuevas cervezas observando la estabilidad de la espuma. Pero, él dijo, el proceso es muy "ondulado a mano". Cuando comenzó a observar la elaboración de cerveza a través de la lente de la dinámica de fluidos, encontró un rico entorno de investigación.

Las burbujas de cerveza contienen una rica variedad de ambientes:flujos capilares, películas de jabón, y agregación de proteínas. "Básicamente, tienen todos los mecanismos que uno puede diseñar como ingeniero, ", dijo. Su grupo encontró, para su sorpresa, que aunque la mayoría de las cervezas tienen espuma, diferentes cervezas tienen diferentes mecanismos detrás de esas espumas. Algunas espumas actúan como películas de jabón; otros desarrollan redes de proteínas robustas en la superficie.

"Cada uno de ellos destaca muy bien diferentes aspectos del problema, ", dijo Vermant. En el trabajo posterior, su grupo examinó de manera similar los fenómenos interfaciales en los panes y, de manera similar, encontró una variedad de comportamientos. "Tienen esta rica diversidad de mecanismos para estabilizar las estructuras de espuma, " él dijo.

Vermant dijo que el trabajo no se trata solo de cerveza y pan; también puede servir de inspiración para nuevos materiales. "Podemos imitar esos sistemas y podríamos fabricar espumas utilizando los mismos principios que las espumas de cerveza, " él dijo, lo que podría ser útil para aplicaciones que van desde el aislamiento en aerosol hasta espumas protectoras para cultivos.

En Brown, Zenit dijo que no todos los estudiantes completaron con éxito el experimento. "Algunos de ellos tomaron mi consejo demasiado literalmente, y lo hice en una sartén caliente, ", dijo. Cocinar el panqueque cambió la viscosidad, congelando la masa en su lugar, lo que significaba que los estudiantes no tenían datos utilizables (pero desayunaron).

Dijo que recurrir a los panqueques durante la pandemia le ha abierto los ojos a diferentes formas de enseñar ideas fundamentales como la viscosidad. "En los experimentos habituales, dejas caer esta esfera en un recipiente y la mides, ", dijo. El fluido, él dice, se reduce a su medida. Con masa el estudiante experimenta el concepto. "Con los panqueques, puedes sentir la viscosidad ".