كيف تساعدنا كريما البسكويت على تبسيط مفاهيم علمية للعامة؟

كيف تساعدنا كريما البسكويت على تبسيط مفاهيم علمية للعامة؟
بيكساباي
استمع الى المقالة الآن هذه الخدمة تجريبية
Play Audio Pause Audio

مهما كنت حريصاً وأنت تحاول فصل قطعتي بسكويت أوريو عن بعضهما بعضاً، فإن حشوة الكريما بينهما ستبقى ملتصقة على جانب واحد، ولا يمكن تقسيم حشوة الكريما بالتساوي مطلقاً بين القطعتين. وذلك وفقاً لبحث جديد في ديناميكيات السوائل نُشر في دورية «فيزياء الموائع» (Physics of Fluid).

على الرغم من أن النتيجة قد لا تمثل صدمةً كبيرة لمحبي الوجبات الخفيفة، إلا أنها تلقي الضوء على الجيل التالي من التصنيع بالطباعة ثلاثية الأبعاد. تركز كريستال أوينز، المؤلفة الرئيسية للدراسة، وطالبة الدكتوراه في ديناميكيات الموائع في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، عادةً على استخدام الأنابيب النانوية الكربونية التي تحتوي على الحبر في إلكترونيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، وليس على قوام الطعام. استخدام حلوى أوريو ليس إلا طريقة إيضاحية لإيصال هذه المفاهيم إلى عامة الناس.

كيف تساعدنا الكريما في تقريب مفاهيم ميكانيك الموائع من العامة؟

لكن القياسات الأساسية متشابهة. يجب أن تكون المواد التي يمكن صنعها بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد مرنة بما يكفي لكي تخرج من الأنابيب عند ضغطها، ومن ثم تتصلب بدرجة كافية كي تحافظ على شكلها بمجرد طباعتها. تقول أوينز: «بالنسبة للأنابيب النانوية الكربونية، والتي يمكن استخدامها في تصنيع الإلكترونيات، فإن الهدف منها هو جعل "الهيكل المطبوع" قوياً قدر الإمكان معظم الوقت».

وتقول أوينز إن دراسة كيفية تحرك السوائل والبلاستيك تحت الضغط تسمى «الريولوجيا» (Rheology)، أو علم الجريان، وهو مجال غير معروفٍ للعامة بشكلٍ عام. لكن الجميع يعرف بسكويت أوريو، لذلك فإنه مثالي لاستخدامه كمثالٍ عملي توضيحي في متناول اليد. تقول أوينز: «عندما أقول إنه مثل بسكويت أوريو- أضع السائل بين قطعتي أوريو وأديرهما لمساعدتي في تحديد لزوجة "المواد" التي نستخدمها للطباعة ثلاثية الأبعاد- فجأة يفهم الناس ما أقوله».

إن اختبار خصائص الأنابيب النانوية القابلة للطباعة يشبه تماماً قياس قوة تدوير قطعتي بسكويت أوريو عكس بعضهما بعضاً. بدأ الباحثون باستخدام أداةٍ تسمى مقياس الريومتر، وهي عبارة عن زوج من الألواح يمكنه حصر السائل وتدويره لقياس قوته. في حالة بسكويت أوريو، أراد الباحثون معرفة ما سيحدث لحشوة "الكريما" الداخلية إذا قاموا بتدوير "رقاقتي" الشوكولاتة الخارجية (وفقاً لوصفهم الفني لقطعتي بسكويت أوريو). كان القياس الأساسي هو «إجهاد الخضوع» (yield stress)، أو مقدار القوة اللازمة لفصل الرقاقة عن الكريما.

اختبر مؤلفو الدراسة أيضاً بسكويت أوريو باستخدام مقياس "أوريومتر" خاصٍ صنعوه بأنفسهم- وهو عبارة عن جهاز تثبيت يعتمد على الأربطة المطاطية والعملات المعدنية لتدوير الرقائق (قطعتي البسكويت) وفصلهما عن بعضهما، وقد طوره المؤلف المشارك ماكس فان، وهو طالب جامعي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. تقول أوينز: «لقد ناقشنا مطولاً كيفية إيصال مفهوم "إجهاد الخضوع" ببساطة إلى الناس، وقد توصلنا إلى أن أفضل شيء للقيام بذلك هو جعل الآخرين يقومون بإجراء نفس النوع من الاختبارات». 

(إذا كنت ترغب في صنع جهاز قياس أوريومتر بنفسك، فقد نشر مؤلفو الدراسة كيفية القيام بذلك على الويب).

تقول أوينز إنها وزملاءها قد توقعوا أن يكونوا قادرين على تقسيم حشوة الكريما في بسكويت أوريو إلى نصفين متساويين في ظل بعض الظروف التجريبية. وتضيف أوينز: «مع البلاستيك المصهور الذي يُستخدم في صنع أشياء مثل كراسي الاستلقاء، سيؤدي التدوير السريع جداً إلى إحداث شق حول المنتصف تماماً، وسوف ينزلق السائل على طول هذا الشق. إنها ظاهرة كلاسيكية جداً، لذلك أمضينا بعض الوقت في محاولة تحقيق ذلك مع قطعتي بسكويت أوريو».

هل هذه المادة صلبة أم سائلة؟ الإجابة تعتمد على من تسأل

ولكن بغض النظر عن سرعة تدوير رقاقات البسكويت، فإن حشوة الكريما تلتصق دائماً بجانب واحد. تقول أوينز: «تبين أنه ليس هناك حيلة في التدوير من شأنها تقسيم الكريم بالتساوي فعلاً، فمهما حاولت، ستنفصل الحشوة بشكلٍ كامل. إنه لأمر محبط ألا يوجد هناك طريقة للقيام بذلك». وتعتقد أوينز أن تسخين حشوة الكريما قد يجعل انقسامها إلى نصفين متساويين ممكناً. لم تتغير النتائج أيضاً مع نوع بسكويت أوريو المحشي بكمية مضاعفة من الكريما (Double Stuff) أو الذي يحتوي على نكهاتٍ خاصة.

ومع ذلك، فكلما زاد العلماء سرعة تدوير الرقاقة، أصبح انفصال الكريما أصعب. تقول أوينز: «هذا في الواقع دليل على أن الكريما مادة سائلة. بينما تتطلب المواد الصلبة النقية دائماً نفس القوة كي تنفصل بغض النظر عن مدى سرعة تدويرها».

في عالم قوام الأغذية، تندرج كريما أوريو في فئة الأطعمة الطرية جنباً إلى جنب مع البطاطس المهروسة وصلصة التوت البري والحشو. تقول أوينز: «في الواقع، الكثير من أطعمة الأعياد هي سوائل. لا أقصد الدجاج، إنه مجرد مادة صلبة».

اقرأ أيضاً: تكنولوجيا تنتقل من الخيال العلمي إلى الواقع: معدن سائل يمكن التلاعب به دون لمسه

عندما تُسأل أوينز عما إذا كانت صلصة التوت البري المعلبة مادةً سائلة أم صلبة، تتوقف أوينز قليلاً وتقول: «يعتمد ذلك على الشخص الذي تسأله، فقد يقول إنه مادة صلبة طرية أو سائل معقد. ولكن هناك تعريف آخر للسائل، فإذا تمكنا من قياسه في مقياس الريومتر الخاص بنا، فإنه يعتبر سائلاً». وتضيف أوينز أن خصائص حشوة أوريو تشير إلى أنه يمكن صنعها بتقنية الطباعة الثلاثية الأبعاد.