Maskiningenjören Roberto Zenit tillbringade sommaren 2019 med att försöka lösa ett problem som nu plågar vetenskapsavdelningar runt om i världen:Hur kan praktiska vätskedynamiska experiment, vanligtvis utförs i välfyllda labrum, flyttas från campus? Sedan pandemin slog till, ledande forskare som Zenit har hittat kreativa sätt för studenter att utforska flöde hemma.

Zenits svar, i sista hand, kom ner till pannkakor. Han undervisar i en fluiddynamiklabbklass vid Brown University, och ett experiment kräver att eleverna mäter viskositet, vilket ofta görs genom att mäta hur snabbt små kulor faller genom tjocka vätskor och sätter sig i botten. Men Zenit insåg att han inte behövde göra det på det sättet. Köket är rikt på trögflytande vätskor, och allt han behövde göra var att välja en.

Varför inte pannkakssmör?

Denna höst, elever i hans klass, oavsett var de avlägsnades, var tvungen att blanda pannkakssmör, häll det på en horisontell yta, och mäta hur snabbt radien expanderade. "Genom att mäta med vilken hastighet denna klump växer med tiden kan du beräkna viskositeten igen, sa Zenit.

Zenit beskrev experimentet under ett minisymposium om köksflöden vid det 73:e årsmötet i American Physical Society's Division of Fluid Dynamics. Förutom hans projekt om viskositet genom pannkakor, symposiet inkluderade ny forskning om hur vätskor blandas med varandra och hur de innehåller fasta partiklar (som i smet eller deg). Forskare från University of Cambridge beskrev nya fynd om hydrauliska hopp - de där otroligt släta vattencirklerna, omgiven av turbulens, som bildas direkt under en köksblandare.

Kemisk ingenjör Endre Mossige, en postdoktor vid Stanford University, organiserade symposiet. "Kökflödesförsök är så enkla att göra, "sa han." Du behöver så lite utrustning för att få ut så användbar information om vätskedynamik. "

Köket är en naturlig plats att leta efter inspiration, sa Jan Vermant, ingenjör vid ETH Zürich. "I köket gör vi mycket med höggränssnittsmaterial, "sa han." Du måste blanda vätskor och luft och göra emulsioner, och arbeta med bubblor. Detta är ett grundläggande problem med livsmedelsprojekt, och en känd av kockar över hela världen. "

Vermant rapporterade om sin grupps senaste arbete, som hanterade ett ölproblem genom att göra det till ett vätskedynamikproblem. Han studerar tunna filmer, och i ny forskning har han studerat skummets stabilitet i öl och bröd. Ölmakare, han sa, kontrollera jäsningsförloppet för nya bryggerier genom att titta på skumets stabilitet. Men, han sa, processen är väldigt "handvågig". När han började titta på öl som bryggs genom linsen av vätskedynamik, han hittade en rik forskningsmiljö.

Ölbubblor innehåller en mängd olika miljöer:kapillärflöden, tvålfilmer, och proteinaggregation. "I grund och botten, de har alla mekanismer man kan utforma som ingenjör, sa han. Hans grupp fann, till deras förvåning, att även om de flesta öl har skum, olika öl har olika mekanismer bakom dessa skum. Vissa skum fungerar som tvålfilmer; andra utvecklar robusta proteinnätverk vid ytan.

"De lyfter fram olika aspekter av problemet snyggt, "sade Vermant. I efterföljande arbete, hans grupp tittade på samma sätt på gränssnittsfenomen i bröd - och fann på liknande sätt en mängd olika beteenden. "De har denna rika mångfald av mekanismer för att stabilisera skumstrukturer, " han sa.

Vermant sa att arbetet inte bara handlar om öl och bröd; det kan också tjäna som inspiration för nya material. "Vi kan efterlikna dessa system och kan göra skum med samma principer som ölskum, " han sa, vilket kan vara användbart för applikationer som sträcker sig från sprayisolering till skyddande skum för grödor.

På Brown, Zenit sa att inte alla elever lyckades genomföra experimentet. "Några av dem tog mina råd för bokstavligt, och gjorde det i en varm panna, "sa han. Att laga pannkakan förändrade viskositeten - frysa smeten på plats - vilket innebar att eleverna inte har användbar data. (Men de åt frukost.)

Han sa att vända sig till pannkakor under pandemin har öppnat ögonen för olika sätt att lära ut grundläggande idéer som viskositet. "I de vanliga experimenten du tappar denna sfär i en behållare och mäter den, "sa han. Vätskan, han säger, reduceras till dess mätning. Med smet, eleven upplever konceptet. "Med pannkakorna, du får känna viskositeten. "