Physik: Das Nudelpuzzle oder warum Spaghetti niemals in zwei Teile zerbricht

Stand: 07.08.2020 | Lesezeit: 4 Minuten

S.Paghetti gehören normalerweise nicht zu den typischen Laborgeräten eines Physikers. Sie denken. Ein Blick in die Geschichte zeigt jedoch, dass sich der legendäre amerikanische Physiker Richard Feynman bereits 1965 für Pasta interessierte. Ein physisches Problem ist aufgetreten und wurde erst kürzlich behoben.

Aber zuerst zurück zu Feynman. Er hatte einen Freund zu einem Spaghetti-Abendessen eingeladen, und während die beiden darauf warteten, dass das Wasser kochte, spielten sie mit den trockenen Spaghetti. Rückblickend könnte man auch sagen: Sie haben wissenschaftliche Experimente durchgeführt.

Sie waren beide erstaunt zu sehen, dass man nie nur zwei Fragmente bekommt, wenn man eine Spaghetti so weit biegt, dass sie zerbricht. Es gibt immer mindestens drei. Zahlreiche andere Personen, insbesondere Kinder, haben diese Beobachtung wahrscheinlich schon einmal gemacht.

Aber Sie müssen ein Forscher sein, um diese alltägliche Erfahrung zu einem Problem zu machen. Nach der klassischen Krafttheorie kann eine Spaghetti nur in zwei Teile zerfallen. Das stimmt aber nicht. Die Physiker wurden mit einem Rätsel konfrontiert, dem Spaghetti-Rätsel. Es blieb jahrelang ungelöst.

Lesen Sie auch

Als der französische Physiker Pierre-Gilles de Gennes 1991 einen Nobelpreis erhielt, antwortete er in einem Interview auf die Frage, was das größte ungelöste Problem in der Physik sei: das Spaghetti-Rätsel.

So entdeckte der französische Gymnasiast und angehende Physikstudent Basile Audoly diese ungewöhnliche Frage. Er beschloss, die Zerkleinerung von Spaghetti am Laboratoire de Mécanique des Solides am Polytechnic in Palaiseau zu untersuchen und schließlich zu untersuchen.

Im Jahr 2004 veröffentlichte Audoly zusammen mit seinem Kollegen Sebastien Neukirch eine Arbeit, in der das Spaghetti-Rätsel praktisch gelöst wurde. Sie idealisierten eine Spaghetti als unendlich dünnen elastischen Stab und wandten die Kirchhoff-Elastizitätstheorie an.

Spannungsenergie wird plötzlich in Schwingungsenergie umgewandelt

Wenn eine Spaghetti immer weiter gedehnt wird, steigt die mechanische Spannung kontinuierlich an. Wenn die Nudel irgendwann bricht, wird die mechanische Spannungsenergie plötzlich in Schwingungsenergie umgewandelt. So rasen Biegewellen durch die längliche Nudel.

Diese Schwingungen überlagern sich an bestimmten Stellen. Sie können dann so gewalttätig sein, dass die Spaghetti auch dort brechen. Das Spaghetti-Rätsel wurde gelöst. Es ist erstaunlich, dass Feynman oder de Gennes nicht auf diese Idee gekommen sind.

Das Experimentieren mit Spaghetti ist für einige Physiker anscheinend so attraktiv, dass das Problem noch lange nicht gelöst ist. Zunächst einmal sind Hochgeschwindigkeitsaufnahmen von Spaghetti-Brechen immer sehenswert. Auf der anderen Seite ging es nun um die offenere Forschungsfrage, ob es möglich ist, dass eine Spaghetti beim Bücken nur in zwei Teile zerbricht.

Wissenschaftler, die mit Ronald Heisser vom Massachusetts Institute of Technology zusammenarbeiten, berichten in der Zeitschrift „PNASWie sie aufhörten, die Spaghetti in mehr als zwei Stücke zu zerbrechen. Sie müssen es lediglich um 360 Grad um die Längsachse drehen, bevor Sie es biegen. Leider kann ein solches Drehmoment auch in der Küche ohne die richtige Zusatzausrüstung nicht so einfach wiederhergestellt werden.

Wenn solch eine verdrehte Spaghetti gebogen wird, bis sie bricht, steht den zerstörerischen Wellen nicht mehr die volle mechanische Energie zur Verfügung, sondern ein Teil der Energie wird verwendet, um die Verdrehung umzukehren. Was von Energie übrig bleibt, reicht dann natürlich nicht mehr aus, um Resonanzschwingungen zu durchbrechen.

Ist Spaghetti-Forschung im Gange?

Die Zukunft wird zeigen, ob das Gebiet der brechenden oder nicht brechenden Spaghetti die Physiker weiterhin interessiert. Auf jeden Fall bleiben unzählige Fragen offen: Das mechanische Verhalten von Spaghetti hängt sicherlich auch von der Luftfeuchtigkeit und Temperatur ab.

Bisher wurden nur italienische Nudeln mit 100 Prozent Hartweizengrieß untersucht. Aber was würde passieren, wenn wir dort eine bestimmte Menge Ei zulassen würden?