למה ספגטי יבש נשבר ליותר מ-2 חלקים?

יורם שורק עונה לשאלתו של שאול *  למחקר, על אף שזכה בפרס איגנובל, יש השלכות להבנת תהליכים חשובים כמו שברים בעצמות או בגשרים

מבחינה מכנית ספגטי יבש הוא חומר פריך כלומר קשה וחלש. קשה משום שיש להפעיל הרבה כח כדי לכופף אותו וחלש משום שנדרשת מעט אנרגיה כדי לשבור אותו. טבעם של חומרים כאלו להתנפץ לרסיסים קטנים כשהם נשברים. אפילו הפלדה יכולה להתנהג לעיתים כחומר פריך כמו שנוכחו לדעת, לאסונם, נוסעי הטיטניק כאשר מעטה המתכת של הספינה עבר במי הקרח למצב זכוכיתי והתנפץ במקום להתעוות ממכת הקרחון. האמת היא, שאול, ששתי תמיהות ולא אחת עולות משאלתך: למה שפיסת בצק יבש תתנהג כזכוכית ושנית למה מתרסקים עצמים כאלו לרסיסים במקום להישבר לשניים בנקודת שיא המאמץ כמו שנשבר באגט או מקל עץ מכופף?

נתחיל בבצק: כל אריזת פסטה ראויה לשמה מתפארת במוצאה מקמח סמולינה הנטחן מגרגרי חיטה מזן דורום. סוג החיטה חשוב משום שיחסית לקמחים אחרים מכיל קמח חיטת דורום הרבה חלבון והחלבון הזה הוא המעניק לפסטה היבשה את הקשיות ואת מרקם האל-דנטה המפורסם לאחר הבישול. כשמוסיפים מים לקמח ולשים את הבצק נפתחים קשרים השומרים על חלבוני החיטה במצב מקופל: שני החלבונים העיקריים: הגלוטנין (המקנה לפסטה קשיחות ועמידות) והגליאדין (המרכיב הגמיש) נקשרים זה לזה ויוצרים את הגלוטן (כן, אותו חלבון שמציק לחולי הצליאק). המים והלישה מסדרים את החלבון החדש בשרשראות ארוכות הקשורות זו לזו בקשרי גפרית: אותם קשרים המקנים קשיות גם לחלבונים הבונים את הציפורניים שלנו או את שריוני הצבים. נוצרת רשת קשיחה של סיבי חלבון: זהו המבנה היציב שימנע מהספגטי להפוך בבישול לדייסה.

כשמוסיפים מים לקמח ולשים את התערובת ניתן לחוש בידיים ממש את יצירת הגלוטן: הנקודה בה הופך הבצק מעיסה נימוחה למעין כדור גומי: הרגע הזה, שכל אופה מכיר, מסמן היווצרות קשרי הגפרית וקשרי המימן ולכן את המעבר של החלבון מאוסף שרשראות השוחות במים למבנה בעל קשרים פנימיים שהאצבעות אינן יכולות להפריד אלא רק לכופף. המרכיב השני: העמילן שיהפוך בבישול לג'ל רך וגמיש כלוא בשלב הזה ככדוריות צפופות בין סיבי הרשת ולכן אינו משפיע במיוחד על התכונות המכאניות. הגלוטן הוא חומר הידרופילי (אוהב מים) מאוד ולכן, בשלב הייבוש כאשר המים עוזבים את הבצק ונעים מהמרכז אל המעטפת בדרכם החוצה ינוע איתם גם הגלוטן: דפנות מקל הספגטי יהיו עשירים במיוחד בחלבון הקשה ולכן פריכות במיוחד.

ועכשיו כשיצרנו מבצק מקל קשיח נשארת השאלה השניה: למה הוא מתנפץ ולא נשבר לשניים?

השאלה לא נשמעת רצינית במיוחד ואכן הפיזיקאים אודולי ונוקירש Basile Audoly) & Sebastien Neukirch ) שחקרו את מנגנון שבירת הספגטי זכו בפרס איג נובל (פרס היתולי המוענק למחקרים משונים או אבסורדים במיוחד) לפיזיקה. הזכייה הזו, שמעמידה את מחקרם בשורה אחת עם פרסומים מוזרים (כדוגמת זה שבדק משיכה של יתושות אנופלס לריחה של גבינת לימבורג או תצפית בנקרופיליה אצל אווז) עושה עוול לנושא המחקר שיש לו השלכות להבנת תהליכים חשובים כמו שברים בעצמות או בגשרים. ובכן, שאול, מה באמת קורה כששוברים מקל ספגטי?

כאשר אתה מכופף את הספגטי נוצרת קשת: בחלקה החיצוני של הקשת הזו נמתחים סיבי החלבון ובחלקה הפנימי הם נדחסים. ככל שעולה מידת העקמומיות עולה הלחץ הפנימי והוא גדול במיוחד במרכז הקשת שם נאלצות השרשראות החיצוניות להימתח באופן מירבי והשרשראות הפנימיות נאלצות להידחס במיוחד. שם, במרכז, יתרחש לרוב השבר הראשון. היינו מצפים שעכשיו כששני חלקי המקל מתיישרים יתרפה הקפיץ המתוח ונישאר עם שני מקלות. אבל מתברר שהאנרגיה האלסטית שנאצרה במקל משתחררת כגל המתקדם מנקודת השבירה אל קצות המקל.

צורת הגל הזו דווקא מגדילה את הכיפוף בכמה נקודות ולכן יווצרו נקודות שבר נוספות. כאשר שוברים מקלות ספגטי ובודקים את התפלגות גודל השברים מתברר שיש הגיון פיזיקלי בריסוק הזה- רוב השברים הם בגודל המתאים למרחק שיאי גל הכיפוף מאמצע המקל. בסדרת הצילומים נראית שבירה של ספגטי, הפעם לא בכיפוף אלא על ידי בוכנה החובטת באחת מקצותיו (כל תמונה מציגה צילומים משתי נקודות מבט בזוית 90° זו מזו). פחות מ100 מיליוניות השניה מפרידות בין צילום לצילום: ניתן לראות כיצד נוצר גל כיפוף לאורך המקל וכיצד נשבר הספגטי בנקודות השיא של הגל הזה. גלים דומים אחראים כנראה לכך שכוס זכוכית תתנפץ תמיד לרסיסים קטנים . אם, במקום לכופף אותו או לחבוט בו תבשל את הספגטי יפתחו המים הרותחים את הקשרים שבין שרשראות הגלוטן כך שתתאפשר תנועה שלהם זה ביחס לזה. הפעלת כח תגרום להם להחליק ולזרום והספגטי יקרע לשני חלקים בדיוק.

תודה ל Michael Higley ו Andrew Belmonte על עזרתם והרשות להשתמש בצילומים מעבודתם.