Záhada z kuchyně – proč se malá kolínka schovávají do větších?

Nezávislá skupina vědkyň a vědců z českých i zahraničních výzkumných institucí odpovídá na vaše dotazy. Některé odpovědi pak sdílí i na sociálních sítích Facebook, Twitter, Instagram, Threads a zde na Seznam Médium.

Tohle je prostě báječný dotaz! Nejlepší na něm je, že my vědci na něj neznáme správnou odpověď – v dostupné vědecké literatuře neexistuje studie, která by se přímo tímto efektem zabývala. Ale není třeba zoufat, ba právě naopak. Tato situace nám dává jedinečnou příležitost ukázat, jak funguje proces vědeckého řešení neznámého problému. Nejprve zformulujeme hypotézu, tu pak testujeme pomocí již ověřených teorií, a hlavně skrz experimenty. Když hypotéza neobstojí, tj. není potvrzena experimenty, nezbývá, než ji zahodit a hledat novou.

Ale zpět k problému s kolínky. Začneme s termodynamickou hypotézou, kde máme šikovnou veličinu, entropii, která diktuje, jaké děje budou samovolné. Překvapivě jsou to ty děje, které vedou k neuspořádanosti (proto se vždy v místnosti udělá nepořádek tak nějak sám). To ale zanořování kolínek není, protože při něm se naopak kolínka uspořádávají. Další možností je mechanická hypotéza, tj. obyčejné třepání. Vařící se voda v hrnci vře, a tak kolínky třepe. Kdyby třepání umožnilo vstup malého kolínka do velkého kolínka, není žádný mechanický důvod, proč by proces neprobíhal i obráceně. Proto je třepání symetrické vůči vstupu a výstupu malých kolínek do velkých, a tak zanořování také nevysvětlí.

Zdá se, že stav zápasu je 2:0 pro kolínka. Ale správný vědec se jen tak nevzdává. Vypadá to, že doposud jsme otázku dobře neformulovali. Pojďme to tedy zkusit takto: Co je hnací silou procesu zanoření kolínek? V úvahu připadá celá plejáda sil, což situaci jen komplikuje. Proto jsme se jako správní vědci uchýlili k vlastnímu experimentování.

Do malé kádinky jsme nalili 125 ml vody, kterou jsme osolili. Když se voda vařila, přidali jsme jednu velkou těstovinu ve tvaru trubky (rigatoni) a pět malých kolínek. V průběhu tohoto zjednodušeného experimentu jsme pozorovali shlukování těstovin k sobě a zanořování malých kolínek do velké trubkovité těstoviny. Ve zvětšeném měřítku (120 g rigatoni a 120 g malých kolínek) pak došlo k nacpání mnoha kolínek do každé trubkovité těstoviny. Jak tedy můžeme tyto experimenty interpretovat?

Z obou experimentů plyne, že pozorovaný efekt není omezen pouze na těstoviny stejného tvaru, jak by se mohlo zdát z dotazu. Za zanořováním těstovin mohou stát hned dvě síly: síla vztlaková a kapilární síly. Vztlaková síla souvisí s tím, že zespodu těstoviny působí větší hydrostatický tlak než seshora těstoviny. Kapilární síly jsou důsledkem povrchového napětí kapaliny a způsobují např. slepování jednotlivých špaget při vytahování z hrnce [1]. Jsou také základem pro pochopení tzv. Cheerios efektu [2], neboli shlukování snídaňových cereálií na hladině mléka. Svou roli bude hrát i konvekční proudění, při kterém dochází k proudění kapaliny z míst o vyšší teplotě do míst o nižší teplotě.

Pakliže jste dočetli až sem, už asi tušíte, že kolínka mohou vědce pořádně potrápit. Je jasné, že definitivní odpověď na zanořování kolínek v současné době nemáme. Ale máme poměrně dobrou představu, jakým směrem se vydat. Je možné, že vnořující se kolínka jsou nějakou variací na Cheerios efekt, který probíhá v objemu vroucí vody, za spoluúčasti konvekčního proudění a vztlakových sil. Otázkou však zůstává, jestli rozuzlení této záhady zvýší kulinářský prožitek. Spíš ne. A tak vám přejeme „bon appétit“! A my si jdeme uvařit k večeři konečně něco jiného než těstoviny.

Pro Zeptej se vědce odpovídali Kristýna a Vítek.

Ing. Vít Svoboda, Dr. sc., ETH Zürich; JILA — CU Boulder & NIST

Ing. Kristýna Kantnerová, Dr. sc., ETH Zürich; University of Colorado Boulder, Geological Sciences & Institute of Arctic and Alpine Research

[1] https://doi.org/10.1063/5.0083696

[2] https://doi.org/10.1119/1.1898523

Projekt Zeptej se vědce se snaží zprostředkovat kontakt mezi vědeckou a nevědeckou veřejností. Máte-li na vědce nějaký dotaz, zeptejte se nás na Facebooku, Twitteru nebo Instagramu.