Meervoudig breken droge spaghetti komt door elastische golven

Eindelijk is het intrigerende probleem van het breken van droge spaghetti opgelost. Twee Franse fysici, verbonden aan het Laboratoire de Modélisation en Mécanique in Parijs, hebben als eersten een theoretische verklaring gevonden voor het meervoudige knappen van dunne staafjes spaghetti. De fragmentatie blijkt een uitvloeisel van elastische golven (Physical Review Letters, 25 aug).

Waarom breekt een staafje droge spaghetti als je het buigt niet gewoon in twee stukken maar ontstaan er altijd drie à tien fragmenten? Over deze prangende vraag hebben fysici zich lang het hoofd gebroken. Ook Richard Feynman, gek op dit soort problemen, en informaticus Daniel Hillis namen de handschoen op en lieten hun theoretische en experimentele vaardigheden op de kwestie los. Het probleem bleek taaier dan gedacht en na uren ploeteren en een keukenvloer vol stukjes spaghetti moest het tweetal erkennen dat ze er niet uitkwamen.

Basile Audoly en Sébastian Neukirch is het wel gelukt. Centraal in hun aanpak stond het hanteren van zogeheten Kirchhoffvergelijkingen. Die beschrijven de lopende elastische golven in de spaghetti na de breuk. De Fransen ontdekten dat de golven na de eerste breuk er niet toe leidden dat de spanning in beide spaghettihelften wegebde, maar dat de kromming op bepaalde locaties juist toenam. Aldus ontstond een `lawine' van secundaire breuken: fragmentatie in plaats van twee helften.

Het Franse duo zag zijn theoretische bevindingen experimenteel bevestigd door bij het buigen van staafjes droge spaghetti een hogesnelheidscamera in te zetten. Staafjes droge spaghetti (merk: Barilla) met een lengte van 24,1 centimeter werden aan het ene uiteinde vastgeklemd. Het andere uiteinde werd voorzichtig opzij getrokken en als een katapult losgelaten. Het ging in totaal om 25 experimenten, waarbij meerdere spaghettidiameters (no 1, 5 en 7) werden ingezet. Vaak brak de spaghetti kort na het loslaten.

De foto's brachten het lopen van de elastische golven in de spaghetti keurig in beeld. Ze bevestigden de beweging van de staafjes zoals voorspeld door de Kirchhoffvergelijkingen. De verwachting is dat de spaghettiresultaten ook van toepassing zijn op glasfibers, of ijzerstaven zoals die in de bouw gebruikt worden. Voor videobeelden van de Parijse experimenten, zie www.lmm.jussieu.fr/spaghetti.

    • Dirk van Delft