Физики не смогли приготовить стейк в аэродинамической трубе

Физики из Манчестерского университета решили экспериментально проверить, можно ли приготовить стейк с помощью сопротивления воздуха в аэродинамической трубе. На этот опыт их вдохновила книга Рэндалла Манро «А что, если?..». В ней автор комиксов xkcd отвечал на вопрос читательницы о том, с какой высоты нужно сбросить стейк, чтобы он приготовился, сгорая в атмосфере Земли. Ученые связались с Манро и прислали ему видео своих опытов, о чем популяризатор рассказал у себя в твиттере.

Когда нам кажется, что с неба падает звезда, в атмосфере происходит сгорание метеора. Этот процесс обусловлен превращением кинетической энергии падающего к Земле тела в тепловую. Так происходит из-за того, что при достаточно большой плотности атмосферного слоя и высокой скорости тела, воздух не успевает уйти с его пути и быстро сжимается, что приводит к его нагреву. Сгорание в атмосфере — это важный процесс, который инженеры обязаны учитывать при проектировании космических аппаратов.

Естественно было задаться вопросом о том, насколько его можно сопоставить с процессами нагрева, окружающими нас в повседневной жизни, например, с прожаркой мяса. Задача о том, можно ли прожарить стейк, сбросив его с большой высоты, заинтересовал Рэндалла Манро — инженера NASA, популяризатора науки, автора веб-комикса xkcd и серии книг «А что, если?..» («What if?»), в которых он собирает разные нелепые вопросы, присылаемые ему читателями, и дает на них ответы с точки зрения науки.

Чтобы разобраться с готовкой стейка, Манро провел ряд численных симуляций и предположил, что приготовить стейк все же не выйдет. Однако он отметил, что эксперименты со стейком в аэродинамической трубе дали бы больше пищи для размышлений. Автор книги попросил прислать ему видео такого опыта, если кто-то из его читателей, имеющих доступ к соответствующему оборудованию, решится на необычный эксперимент.

И недавно ему улыбнулась удача. В твиттере Манро сообщил, что с ним связались два физика из Манчестерского университета, Том Фишер (Tom Fisher) и Томас Рис (Thomas Rees), изучающие гиперзвуковой теплообмен. По словам популяризатора, исследователи пораньше закончили свои основную работу с аэродинамической трубой, поэтому решили поэкспериментировать со стейком 21-дневной выдержки марки Sainsbury’s, купленный в ближайшем магазине.

Физики закрепляли стейк в держателе и подвергали его короткому воздействию потока со скоростью пять Махов. Метод Шлирена позволил увидеть гиперзвуковую ударную волну, окружающую стейк, а инфракрасная камера дала информацию о распределении температуры в ходе обдува.

Как и предполагал Манро в своей книге, сильное трение вызывает нагрев только поверхности стейка, в то время как его середина остается холодной и не приготавливается. Более того, увеличение высоты (в симуляциях эта величина достигла 250 километров) приведет к тому, что сопротивление воздуха окажет разрушительное воздействие на мясо: обуглившаяся часть будет рассеиваться в пыль слой за слоем, пока стейк не сгорит полностью. Короткий эксперимент физиков подтвердил этот сценарий.

Манро не впервые влияет на работу ученых. Ранее мы рассказывали, как его комикс вдохновил геофизиков на создание целой секции продвижения науки под названием «Отъезжающий 5». Подробнее об этом читайте в материале «Популяризируй это».