03 ноября 2013, 10:23 естественные и точные науки физика
Физика на кухне
Андрей Варламов.
Мы публикуем расширенную версию текста и видеозапись лекции доктора физико-математических наук, профессора университета «Тор Вергата» (Рим), ведущего научного сотрудника Института сверхпроводимости и инновационных материалов Национального Совета по науке (Италия), ведущего научного сотрудника лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» в НИТУ МИСиС (Москва) Андрея Андреевича Варламова.
Добрый вечер всем, мне очень приятно вас видеть. Я надеюсь, что мы с толком проведем эти полтора часа. Действительно, то, что я сегодня буду рассказывать, произрастает из журнала Квант. Поверьте мне, я не занимаюсь пропагандой, но журнал Квант был и остается действительно уникальным в мире. Я побывал во многих странах, преподавал в разных университетах и разговаривал с людьми, занимающимися популяризацией. Уникальная черта журнала Квант – в нем не боялись писать формулы. А ведь, как сказал Стивен Хокинг, каждая формула в тексте отпугивает половину читателей, а геометрическую прогрессию вы суммировать умеете.
Книга, которую сейчас показал Борис, и которую издал находящийся здесь Алеша Овчинников, тоже не боится формул. Сейчас она на готовится к изданию уже на седьмом языке – на французском. И условие издателя, которого почти сразу нашел мой соавтор, французский академик Жак Виллен, было убрать из текста формулы. Но это на себя взял Жак, я формулы вычеркивать не умею. Тем не менее, сегодня я постараюсь, чтобы их было немного и они были бы понятны. Гуманитариев прошу потерпеть.
Итак, почему физика на кухне? В принципе, я мог бы рассказать и про что-нибудь другое. И про явление сверхпроводимости и про нано-технологии. Возможно, что, рано или поздно, у нас эти разговоры тоже состоятся.
Знаете пословицу, «Неофит святее Папы?» Когда я впервые попал в Италию, где я работаю последние 13 лет, то быстро понял, что в центре здешнего мироздания находится кухня. За столом не говорят о политике, а начинают с того, что каждый рассказывает, что кушали вчера за закуской. За первым блюдом обсуждаем, что едим сегодня, а с десертом мечтательно, что будем есть завтра. Нужно было как-то на это откликнуться. Мы еще помним, как Владимир Ильич Ленин говорил, что искусство должно быть понятно народу. Не понято, а понятно (кажется, в исходной цитате понято народом. Но часто, тем не менее, читалось, как понятно). Многие вещи, которые итальянцам понятны от рождения, неофиту хочется понять. Соглашаешься, что должно быть так, а не иначе, но хочется понять, почему. Поскольку первое блюдо в Италии по умолчанию означает пасту (бывают супы, конечно, однако под первым все-таки понимается именно паста), то обсуждение физики на кухне я начну именно с физики пасты. Но как предварительный этап, я отправлюсь в Америку. Для того чтобы вывести формулу для пасты, я, для начала, выведу главную формулу кулинарии и сделаю это на примере варки мяса.
Главная формула кулинарии
Давайте разберемся, что означает сварить мясо? Тут есть биологи, я сразу приношу извинения, если использую неправильную терминологию, потому что необходимые термины буду переводить из итальянского. Мясо, в основном, состоит из белков (протеинов). Что такое протеины? С геометрической точки зрения, это запутанные узлы, которые, по мере повышения температуры распрямляются. При определенной температуре, -- для каждого типа мяса она своя (для говядины это 74 градуса, для рыбы -- 47 градусов, для желтка и белка -- около 64 градусов Цельсия), -- происходит денатурация (компактификация) этих цепочек: распрямившись они образуют коврики. Различие между вареным и недоваренным мясом состоит в том образовались эти коврики или нет. Итак, при температуре около 75 градусов, в говядине такая компактификация происходит, в результате чего и получится вареное мясо.
А чем оно отличается от мяса жареного? Процесс варения мы уже понимаем –бросаем мясо в воду. При нормальном атмосферном давлении в обычной кастрюле вода кипит при 100 градусах. Можно вычислить за какое время температура в центре куска мяса достигнет необходимых 75 градусов и во всем его объеме произойдет компактификация протеинов. А жарка? Мясо жареное, или сделанное на гриле, очень сильно отличается от вареного. Другой цвет, другой вкус. Оказывается, что если температура поднимается существенно выше температуры денатурации, то в протеиновом ковре может произойти так называемая реакция Майяра. Она была открыта в 1912 году французским химиком и врачом Луи Камиллом Майяром и заключается в химической реакции между аминокислотами и сахаром. Оказывается, что в нашем коврике не все связи одинаковы. В плоскости одни, а поперек – другие. При достаточно высокой температуре (для говядины это около 140 градусов), в процессе реакции Майяра происходит карамелизация части связей, что приводит к появлению характерного вкуса жареного мяса У растительного масла нет конкретной температуры кипения, существует характерная температура, когда оно начинает дымить. Для оливкового масла это температура около 180 градусов.
Я не химик, и со скользкой для меня темы ухожу. Давайте вернемся к уравнениям, так будет лучше. Давайте сформулируем модель процесса варения куска мяса. Гейгель когда-то советовал, купая ребенка и выливая воду из ванночки быть внимательным, чтобы вместе с грязной водой не выплеснуть и ребенка. Вот об этом должен всегда думать физик, когда формулирует модель задачи. Потому, что в отличие от математика, который решает точные задачи, физик всегда должен сделать некоторые приближения. Окружающий нас мир -- очень сложный, а мы должны придумать такую модель, которая позволит и описать суть явления, и, в то же время, быть решаема математическими методами. Поэтому нужно и суть явления ухватить и не переусложнить задачу.
Давайте начнем обсуждение со случая куска мяса сферической формы...
Остальное по ссылке. Там есть формули графики и иллюстрации. На форум их переносить сложновато.
