Nghiên cứu ẩm thực

31

TRƯỜNG HỌC

vận tốc hạt $v_{A}$ so với bề mặt; và việc xem xét kích thước sẽ đưa ra một giá trị tỷ lệ thuận với sản phẩm của họ: $a_{K} \sim \omega v_{A}$. Xu hướng di chuyển các khối lượng bị lệch trên một Trái đất đang quay đã được ghi nhận trong ví dụ về các con sông và thậm chí còn được gọi là định luật Baer (Baer, ​​​​Karl, 1792–1876). Thật vậy, ở bán cầu bắc, bờ phải của các con sông trở nên dốc dưới tác động của dòng nước chảy, có xu hướng lệch sang bên phải - bất kể sông chảy theo hướng bắc hay nam, thậm chí dọc theo đường song song. Chính ở hữu ngạn các con sông lớn, các thành phố đã phát triển hưng thịnh từ thời cổ đại. Dễ hiểu là ở Nam bán cầu bờ trái sông thường dốc. Do đó, ý tưởng cải tiến một chút của Lenz, áp dụng cho lý thuyết về nguồn gốc của Dòng hải lưu, trông gần giống như được mô tả trong hình 3. Kết quả là không chỉ bức xạ của Mặt trời mà cả sự quay của Trái đất và băng ở Greenland cũng làm ấm châu Âu! Và nếu băng tan, dòng Gulf Stream sẽ biến mất và kỷ băng hà sẽ bắt đầu ở châu Âu?! Tất nhiên, bức tranh thực tế phức tạp hơn nhiều, và có lẽ hàng ngàn luận văn và chuyên khảo đặc biệt đã được viết để giải thích nó. Từ họ, bạn có thể tìm hiểu về Ngân hàng Newfoundland và Dòng hải lưu lạnh giá Labrador, về Eo biển Florida, về gió mậu dịch phía đông thổi gần xích đạo từ Châu Phi và đẩy nước vào Vịnh Mexico. Và rằng Dòng Vịnh, băng qua Đại Tây Dương,

Nghiên cứu ẩm thực

E.SOKOLOV

BẮT ĐẦU NGHIÊN CỨU ẨM THỰC TRƯỚC bữa trưa là một thất bại. Tôi chưa kịp viết chủ đề bài học lên bảng thì một cuộc tranh cãi đã nổ ra sau lưng tôi. – Có lẽ sẽ có món súp cho bữa trưa hôm nay; phòng ăn thơm tho từ sáng. - Không, có mùi như thịt cốt lết, súp lâu quá chưa nấu. Bà tôi chuẩn bị món súp chỉ trong nửa giờ. “Bạn không thể chuẩn bị súp trong nửa giờ được.” – Bạn có thể nấu bằng nồi áp suất. - Đây là loại chảo thần kỳ gì vậy? Có lẽ đó là cỗ máy thời gian?! Mọi thứ đã rõ ràng. Các sinh viên trong nhóm vật lý của chúng tôi lại không có thời gian để ăn trưa, và do đó suy nghĩ của họ chuyển từ lĩnh vực nấu ăn lý thuyết sang lĩnh vực thực tế. Đã đến lúc đưa họ về nhà. “Vậy,” tôi xen vào cuộc trò chuyện, “chủ đề của bài học tiếp theo đã được tìm ra: “Đây là loại chảo thần kỳ nào - nồi áp suất?” Và để làm cho cuộc trò chuyện trong tương lai của chúng ta trở nên có ý nghĩa, đây là bài toán về chủ đề này.

Bài toán về nồi áp suất Nồi áp suất cho phép người nấu ở St. Petersburg giảm thời gian nấu thịt xuống 4 lần: trong nồi thông thường, thịt chín trong 2 giờ và trong nồi áp suất - chỉ 1/2 giờ. Sử dụng chiếc chảo thần kỳ này sẽ giảm thời gian nấu nướng bao nhiêu lần?

TRONG

“QUANTE”

Hình3. Sơ đồ đơn giản hóa của Dòng chảy Vịnh. Trong hình là độ lệch về bên phải của cả dòng nước lạnh sâu chảy về phía nam từ Greenland (đường màu xanh) và dòng nước bề mặt ấm hướng về châu Âu (đường màu đỏ)

được chia thành các dòng hải lưu Azores và Bắc Đại Tây Dương; trên thực tế, cái sau mang nước ấm đến bờ biển châu Âu. Và… Nhưng đối với chúng tôi, hiện tượng thú vị này đã đủ để nói về một số khía cạnh của vật lý.

nấu thịt cho đầu bếp ở vùng cao Tây Tạng, nơi áp suất khí quyển chỉ bằng 1/2 bầu khí quyển? Được biết, khi nhiệt độ nấu tăng $10 ^\circ C$ thì tốc độ của các phản ứng hóa học tương ứng tăng gấp đôi (tức là thời gian nấu giảm đi một nửa). Để tính toán, sử dụng đồ thị thực nghiệm về sự phụ thuộc của áp suất hơi nước bão hòa vào nhiệt độ (hình1).

Hình1. Áp suất của hơi nước bão hòa thay đổi như thế nào theo nhiệt độ?

Quá trình nấu ăn là gì? Trong khi các em học sinh của chúng ta đang ăn trưa, chúng ta hãy thử tìm hiểu xem bí quyết của nồi áp suất là gì nhé. Rốt cuộc, thực tế là mọi thứ đều nấu nhanh hơn trong đó. Câu hỏi đặt ra là tại sao? hình 2 thể hiện sơ đồ cấu tạo của nồi áp suất. Như bạn có thể thấy, nó khác với những chiếc chảo thông thường chỉ ở chỗ nó được trang bị nắp đậy kín. “Vậy thì mọi thứ đều rõ ràng,” có lẽ ai đó nên nhanh tay với đáp số, “dưới nắp nồi áp suất, áp suất lớn hơn áp suất khí quyển, và do đó mọi thứ ở đó nấu nhanh hơn.” “Đợi đã,” chúng tôi sẽ trả lời. – Tất nhiên, áp suất trong nồi áp suất lớn hơn áp suất khí quyển. Các nhà thiết kế đã tính đến thực tế này và lắp đặt van cầu chì trên nắp của nó. Khi áp suất dưới nắp vượt quá áp suất khí quyển một lượng nhất định, trọng lượng được nâng lên, van mở ra và một phần không khí và hơi nước được thải vào khí quyển. Nhưng chỉ riêng áp suất không làm tăng tốc độ nấu.

32

KVANT 2015/№5-6

Hình2. a) Nồi thông thường và nồi áp suất; b) Cấu tạo của nồi áp suất: 1 – thân, 2 – nắp có vít siết chặt, 3 – van an toàn

– cho dù bạn có ấn mạnh thế nào vào miếng thịt bê thì nó cũng không chín. Chúng ta cần tìm kiếm thứ khác. Hãy chuyển sang hóa học để được trợ giúp và hỏi nó quá trình nấu ăn là gì và tốc độ của nó phụ thuộc vào điều gì. Đáp số như thế này. Quá trình nấu là một phản ứng hóa học liên quan đến việc phá vỡ các liên kết hóa học nhất định trong các phân tử protein. Đây là cái đầu tiên. Và thứ hai, tốc độ phản ứng hóa học phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Đối với quá trình nấu ăn, cũng như đối với nhiều quá trình hóa học hữu cơ khác, định luật này như sau: khi nhiệt độ tăng $10 ^\circ C$, tốc độ phản ứng tăng k lần, trong đó k là một số không đổi đối với một phản ứng nhất định. Mối quan hệ này được gọi là một tiến trình hình học. Nó không thường được đề cập trong sách giáo khoa vật lý ở trường. Nhưng hãy chuẩn bị tinh thần cho sự thật rằng nếu chúng ta gặp phải một tiến trình hình học trong cuộc sống, thì điều gì đó chắc chắn sẽ xảy ra. Ví dụ, borscht để trên bếp sẽ chua rất nhanh, hoặc ai đó sẽ bị ốm sau khi ăn bốn phần kem lạnh.

Bài tập

1. Tính xem món borscht bị bỏ quên ở nhiệt độ trong bếp $( 35 \infty C ),$ sẽ nhanh hơn bao nhiêu lần so với khi nó xảy ra trong tủ lạnh $( 5 \infty C ).$ Hãy xem xét rằng đối với các phản ứng hóa học dẫn đến món borscht bị chua, quy tắc tương tự cũng được áp dụng như đối với quá trình nấu (k = 2). 2. Tại sao chúng ta thường bị ốm sau khi đông lạnh? Tại sao nhiệt độ cơ thể tăng lên khi bị bệnh? Ý nghĩa của cơ chế bảo vệ như vậy được thiên nhiên ban tặng cho chúng ta là gì?

Vì vậy, nhiệt độ trong nồi áp suất được thảo luận trong bài toán của chúng ta là bao nhiêu, giả sử k = 2? Nếu thời gian nấu trong nồi áp suất giảm 4 lần, từ 2 giờ xuống còn 1/2 giờ, thì nhiệt độ trong nồi cao hơn $20 ^\circ C$ so với chảo mở thông thường và là $120 ^\circ C$. Chúng tôi đã tiết lộ bí mật chính của nồi áp suất - mọi thứ nấu trong đó nhanh hơn vì nhiệt độ của nước sôi trong nồi cao hơn so với nồi thông thường.

sôi là gì?

• Điều này là cần thiết, nhiệt độ chỉ cao hơn $20 ^\circ C$ - và hiệu ứng như vậy. Điều gì ngăn cản chúng ta tăng nhiệt độ của nước trong nồi thông thường? Hãy cho thêm gas chẳng hạn. - Không, sẽ không có kết quả gì đâu. Đúng, nước sẽ sôi nhanh hơn, nhưng nhiệt độ của nó sẽ không tăng. Và lý do cho điều này là sôi sục. Khi nước sôi, toàn bộ nhiệt lượng nó nhận được sẽ chuyển thành hơi nước; nước sôi không nóng lên.

Bài tập

3. Một bà nội trợ thiếu kinh nghiệm phàn nàn với bạn mình: “Tôi đợi cả tiếng đồng hồ để thịt bò hầm. Cuối cùng, tôi bỏ đi chỉ một phút là mọi thứ đã cháy rụi!” Chuyện gì đã xảy ra vào lúc bà chủ nhà rời đi?

4. Đúng lúc $12^{00}$ Matvey rời khỏi nhà để mang cuốn sách vật lý cho Lisa. Đi được nửa đường, anh nhớ ra mình đã quên tắt ấm đun nước mà anh đã đặt $11^{50}$. Liệu Matvey có thời gian để đến chỗ Lisa và trở về nhà trước khi ấm đun nước cháy hết, hay anh ấy cần quay lại ngay lập tức? Từ nhà Matvey đến nhà Lisa mất 20 phút, một ấm đun nước đặt trên bếp sôi trong 15 phút, nhiệt độ ban đầu của nước trong ấm là $20 \infty C$. Lấy tất cả dữ liệu khác từ thư mục.

– Vì vậy, chúng ta chỉ có thể đun nóng nước đến nhiệt độ sôi. Vì vậy, tốc độ nấu chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ sôi. Điểm sôi của nước không phải là hằng số sao? Nước luôn sôi ở $100 ^\circ C$ chẳng phải là quy luật tự nhiên sao? – Chúng ta hãy nhớ một lần và mãi mãi – không có luật nào như vậy cả. Tất nhiên, ấm đun nước thông thường trong nhà bếp thông thường, khi áp suất bằng một bầu khí quyển, sôi ở nhiệt độ $100 ^\circ C$, nhưng nước lạnh cũng có thể sôi, hoặc ngược lại, nước đun nóng đến $300 ^\circ C$ có ​​thể không sôi. Để hiểu điểm sôi phụ thuộc vào điều gì, chúng ta cần hiểu điểm sôi là gì. Đối với bài kiểm tra, chúng ta hãy để lại cụm từ tiêu chuẩn rằng sôi là một quá trình bay hơi xảy ra trong một thể tích chất lỏng và tìm kiếm thứ gì đó có dung lượng lớn hơn. Nhân tiện, bạn sẽ giải thích từ “nước sôi” như thế nào cho một người sao Hỏa chưa bao giờ nhìn thấy nước hoặc nước sôi? “Tôi nghĩ chúng ta sẽ phải nói rằng trong những điều kiện nhất định, những bong bóng khổng lồ bắt đầu hình thành một cách tự nhiên trong chất lỏng. Những bong bóng này lớn lên, lực Archimedean xé chúng ra khỏi tường, chúng nổi lên, tạo ra sự sôi sục và tiếng ồn đặc trưng. Đây là quá trình sôi. Và tất nhiên, sau khi biết được điều này, người sao Hỏa sẽ hỏi chúng ta: “Những bong bóng này đến từ đâu trong chất lỏng? Bên trong chúng có gì? Tại sao những bong bóng này trở nên lớn? Đây là những câu hỏi đúng. Hãy trả lời họ. Bong bóng xuất hiện từ đâu trong ấm đun nước? Chúng ở đó, nhưng trong điều kiện bình thường, chúng rất nhỏ nên chúng ta không để ý đến chúng. Bên trong chúng có gì? Một ít không khí và tất nhiên là hơi nước bão hòa. Nhưng để giải thích tại sao khi đun nóng, những vi bọt này, ban đầu gần như vô hình, lại biến thành những bong bóng khổng lồ, chúng ta nên xem xét kỹ hơn về cuộc sống của chúng. Và một phát biểu rất đơn giản sẽ giúp chúng ta (điều kiện cân bằng của bong bóng): tổng áp suất không khí và áp suất của hơi bão hòa nằm bên trong bong bóng luôn bằng áp suất khí quyển:

$p_{возд} + p_{нас} = p_{атм}$.

Sau khi hiểu được điều này, chúng ta hãy theo dõi xem điều gì xảy ra với từng số hạng khi đun nóng ấm nước. - Tất nhiên là áp suất khí quyển… - Không đổi. - Phải. Áp suất của hơi nước bão hòa, theo hình 1, tăng mạnh khi đun nóng. Không khí còn lại gì? – Huyết áp của anh ấy sẽ giảm. - Và điều này có nghĩa là bong bóng phải giãn ra. Nói cách khác, chúng tôi đã chứng minh rằng bong bóng tăng thể tích khi nhiệt độ nước trong ấm tăng. Nhưng đây không phải là điều chính. Điều quan trọng nhất là đáp số cho câu hỏi sau: “Kích thước của bong bóng sẽ trở thành bao nhiêu khi nước được đun nóng đến nhiệt độ mà tại đó áp suất của hơi nước bão hòa bằng áp suất khí quyển?” “Sau đó, áp suất không khí sẽ giảm xuống bằng 0.” Điều này có nghĩa là thể tích của bong bóng sẽ bằng…

47

PHÒNG THÍ NGHIỆM

“QUANTA”

Hình 4. Bên trái là ảnh chụp màn hình được chụp vào ngày 25/10/2014 lúc 12:10 trưa; bên phải là hình ảnh của NASA

Hình 2. Hình ảnh thế giới bên ngoài trên tường và trần lớp học, trên màn hình và trên bảng đen bên cạnh

xác định nhóm điểm này là nhóm số 2192. Để dễ so sánh, khung ban đầu của chúng tôi đã được định hướng lại - phản chiếu từ trên xuống dưới và được xoay. Ở bức ảnh tiếp theo (hình5), chụp một phút sau, Mặt trời đã di chuyển và cành cây đang che mất rìa bên kia

Hình 3. Hình ảnh trên màn hình gần với lỗ trên cửa sổ; Dưới đây bạn có thể thấy bóng của máy ảnh được gắn trên chân máy

hình ảnh. Và sau nửa giờ trong bóng tối, quá trình thích ứng diễn ra và tất cả những hình ảnh này trên tường và trần nhà đều có thể nhìn thấy được bằng mắt thường. Đây là một bức ảnh khác được chụp bên trong cùng một góc tối của máy ảnh (hình3). Chúng tôi sử dụng một ống kính. Vào cuối năm ngoái, chúng tôi đã giảng hai bài cho học sinh mỗi tuần một lần. Một cái có tên là “Camera Obscura - một thứ cũ bị lãng quên”, cái còn lại có tên là “Cầu vồng của Descartes-Newton-Young”. Sau mỗi bài giảng, chúng tôi quyết định cho học sinh xem máy ảnh của chúng tôi hoạt động như thế nào. Rất nhiều người đã đăng ký tham gia các buổi giảng nên thứ nhất, việc đi xem camera obscura phải chia thành nhiều buổi, thứ hai là không thể nào dành nửa tiếng mỗi lần để thích nghi với bóng tối. Để giải quyết tất cả những điều này, chúng tôi đã thay thế lỗ milimet trên màng ngăn bằng một thấu kính dương yếu có đường kính 4 cm. Độ sáng của hình ảnh tăng lên đáng kể và mắt phải mất vài phút để thích ứng. 25/10/2014 – quan sát các vết đen mặt trời. Vào ngày diễn ra bài giảng thứ hai, chúng tôi thật may mắn. Thời tiết nắng đẹp và với sự hỗ trợ của máy ảnh lỗ kim có lỗ vào có đường kính 3 mm, có thể cho học sinh xem các điểm trên Mặt trời. Trong bức ảnh đầu tiên (hình4, bên trái), chụp từ màn hình cách cửa sổ 5 m, có thể nhìn thấy một cành cây trơ trụi trên nền Mặt trời và một nhóm vết đen mặt trời. Hình ảnh của NASA hiển thị trên cùng hình bên phải cho phép chúng tôi xác định

Hình 5. Bên trái là ảnh chụp màn hình, bên phải là đoạn phóng to, chụp vào ngày 25 tháng 10 năm 2014 lúc 12:11 trưa.

đĩa năng lượng mặt trời. Có vẻ như ở vùng nửa tối của nhánh này có thể nhận thấy một điểm nhỏ hơn - số 2193. Rõ ràng là tất cả các thí nghiệm được mô tả ở đây đều có thể tái tạo dễ dàng. Bằng cách biến căn phòng của bạn thành một nơi che khuất camera lớn, bạn có thể thực hiện chúng mà không cần rời khỏi nhà. Để bắt đầu, đường kính của lỗ nạp trên màng ngăn có thể được lấy là 3 mm, sau đó thử các kích thước khác. Nếu bạn muốn sử dụng thấu kính thay vì một lỗ nhỏ và khoảng cách từ cửa sổ đến bức tường đối diện là L mét, thì cách dễ nhất là lấy thấu kính dành cho kính có công suất quang +1/L diop. Quan sát được thực hiện tốt nhất vào một ngày nắng. Tóm lại - một vài liên kết. i Trước hết, hãy thử tìm một video trên Internet có tên “Camera Obscura - một đoạn trích trong loạt phim “Những thiên tài nhiếp ảnh” với nhiếp ảnh gia nổi tiếng người Mỹ Abelardo Morell. i Xem video hài hước tại http:// yellowdog.ru/blog/i/máy ảnh_obscura i Và trên trang web http://sohowww.nascom.nasa.gov/data/ synoptic/sunspots_earth/ bạn có thể tìm thấy bức ảnh của NASA mà chúng tôi đã sử dụng. i Cuối cùng, chúng tôi khuyên bạn nên đọc bài viết của V. Surdin và M. Kartashev “Camera Obscura” ở «Kvant» số 2 năm 1999 (http://kvant.ras.ru/pdf/1999/02/kv0299surdin.pdf)