Физики из Франции изучили механизмы, отвечающие за образование цветков из сыра тет-де-муан, когда его сервируют, соскабливая тонкий верхний слой. Главным фактором, который повлиял на изменение пространственной метрики, стал коэффициент трения, который продемонстрировал плавное изменение вдоль радиуса сырной головы. При этом энергия разрушения оказалась достаточно большой и обеспечила переход к режиму пластического сдвига. Авторы работы отметили, что их результаты могут принести пользу для контроля морфогенеза при резке металла. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
Традиционная подача сыра тет-де-муан выглядит следующим образом: голову нанизывают на стальной стержень, закрепленный в центре деревянной платформы, а на самом стержне устанавливают лезвие — такая кулинарная установка называется жироль (la girolle). Во время вращения сыра нож соскабливает тонкий слой, превращая его в морщинистые листы — своеобразные цветки. Подобная подача имеет не только эстетический, но и практический смысл, поскольку большое соотношение между площадью кусочка и его объемом усиливает аромат сыра, а также делает текстуру продукта более нежной.
С точки зрения физики самое интересное здесь — превращение плоской поверхности без искривлений в морщинистые структуры с характерной геометрией. Похожий эффект у лепестков роз исследователи объяснили тем, что кривизна объекта не позволила лепесткам уместиться в трехмерном евклидовом пространстве. А при разрыве тонких пластиковых листов причина оказалась иной: необратимое пластическое растяжение резко увеличило длину линий, параллельных границе, когда они приблизились к свободному краю. Однако никто до сегодняшнего дня не выяснил, какой физический механизм отвечает за образование сырных цветков.
Маттео Чиккотти (Matteo Ciccotti) из Университета Сорбонны совместно с коллегами из Франции выяснил, что волнистая структура сырных листьев возникает в результате изменения коэффициента трения по радиусу сырной головы.
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.