French physicists studied the mechanisms responsible for the formation of flowers in Tête de Moine cheese when it is served by scraping off a thin outer layer. The main factor influencing the change in spatial metric was the friction coefficient, which demonstrated a smooth change along the radius of the cheese wheel. Moreover, the fracture energy was sufficiently high to ensure a transition to plastic shear. The authors noted that their results could be useful for controlling morphogenesis during metal cutting. The study was published in Physical Review Letters.
The traditional way to serve tête de moine cheese is as follows: the cheese is skewered on a steel rod fixed in the center of a wooden platform, and a blade is mounted on the rod itself—this culinary device is called a girolle. As the cheese rotates, a knife scrapes off a thin layer, turning it into wrinkled sheets—a sort of flower. This presentation is not only aesthetically pleasing but also practical, as the high surface-to-volume ratio intensifies the cheese's flavor and makes the texture more delicate.
From a physics perspective, the most interesting aspect here is the transformation of a flat, uncurved surface into wrinkled structures with a characteristic geometry. Researchers explained a similar effect in rose petals by saying that the curvature of the object prevented the petals from fitting into three-dimensional Euclidean space. And when thin plastic sheets were torn, the cause turned out to be different: irreversible plastic stretching dramatically increased the length of lines parallel to the boundary as they approached the free edge. However, to date, no one has determined the physical mechanism responsible for the formation of cheese flowers.
Matteo Ciccotti from Sorbonne University, together with colleagues from France, discovered that the wavy structure of cheese leaves arises as a result of changes in the coefficient of friction along the radius of the cheese wheel.
Для этого физики собрали жироль с постоянной скоростью вращения 1,14 радиана в секунду и контролируемой силой давления при контакте лезвия и материала. Чтобы результаты были воспроизводимы, исследователи использовали сыр одной и той же марки возрастом от трех до шести месяцев, приобретенный у единственного продавца. Сначала ученые измерили, как изменилась длина внешней дуги сырного цветка по сравнению с длиной дуги до соскабливания: с этой целью физики отметили на сыре две прямые радиальные линии, образующие угол в 15 градусов. Помимо этого, ученые определили модуль Юнга, предел текучести, коэффициент трения между сыром и лезвием, а также энергию разрушения в зависимости от расстояния до края.
В итоге отношение длины дуги у сырного цветка и сыра до отделения ножом показало нелинейное падение при приближении к центру головы: сначала этот параметр изменился примерно с 0,8 до 0,4 при уменьшении расстояния от края с нуля до десяти миллиметров, а затем стал константой в районе 0,3-0,4 единиц — исходя из этого физики сделали два вывода. Во-первых, расстояние в 10 миллиметров от края, при котором измеренное отношение вышло на плато, совпало с толщиной пограничного слоя сыра, на который влияет процесс сушки. Во-вторых, изогнутость краев стала следствием изменения пространственной метрики, поскольку в противном случае (если бы отношение длин дуг падало на всем радиусе головы) сырные цветки имели бы нулевую гауссову кривизну и остались бы плоскими.
Ученые связали трансформацию пространственной метрики с коэффициентом трения, который продемонстрировал плавное изменение вдоль радиуса сырной головы: из-за заметного градиента лезвие по-разному деформировало верхний слой сыра. При этом остальные механические свойства — модуль Юнга, предел текучести и энергия разрушения, практически не повлияли на формирование цветков. В то же время энергия разрушения стала важным фактором, но по другой причине: она оказалась достаточно велика, чтобы вызвать переход к режиму пластического сдвига, без которого не произошло бы изменение пространственной метрики. Авторы работы также отметили, что их результаты станут полезными при резке металла — с помощью контролируемого коэффициента трения между лезвием и материалом можно добиться стружки требуемой формы.
Физики не первый раз исследуют очевидные на первый взгляд механические свойства еды: например, мы уже писали о том, как экспериментаторы подвергли печенье Oreo лабораторному испытанию на скручивание.
