Randall Munroe: Mi lenne, ha… (részlet)

Posted on 2015. október 21. szerda Szerző:

0


Munroe_mi-lenne-ha-bor200Repülő marhaszelet

K.: Milyen magasról kellene lehajítani egy marhaszeletet, hogy átsüljön, mire földet ér? — Alex Lohey

V.: Remélem, hogy pittsburghi módra, vagyis kevéssé átsütve szereted a marhasültet. Megjegyzem, érdemes felkészülnöd rá, hogy miután megtalálod a földre visszahullott hússzeletet, fogyasztás előtt kénytelen leszel kiolvasztani.

Ami a világűrből érkezne a Föld légterébe kerül, nagyon felforrósodik; amikor az adott tárgy nagy sebességgel belép az atmoszférába, a levegő nem tud elég gyorsan távozni belőle, hanem – mondhatni szétspriccel, és így távozik a zuhanó dolog útjából. Az így összesűrűsödött levegő pedig felmelegíti a tárgyat. Aranyszabály, hogy 2 Mach sebesség felett a levegő nyomásváltozásából eredő hőmérséklet-növekedés nagymértékű (ezért van az, hogy a Concorde elülső szárnyfelületének széle hőálló anyagból készül).

Amikor a bázisugró Félix Baumgartner 39 kilométeres magasságból vetette alá magát a mélybe, 30 kilométeres magasságban érte el az 3 Machot. Már ez is eredményezett néhány foknyi hőmérséklet-változást a levegőben, de mert az lényegesen fagypont alatt volt, nem okozott érzékelhető változást. (Az ugrás kezdetén körülbelül mínusz 40 fok volt a levegő hőmérséklete – ami egy bűvös szám, mert mindegy, hogy Fahrenheit vagy Celsius fokban mért értékről van szó, így is, úgy is fogvacogtató.)

Úgy tudom, ez a repülő marhaszelet kérdéskör eredetileg a 4chan internetes oldalon, egy hosszúra nyúló fórumozás alkalmával került szóba, és – viszonylag hamar – fizikában kevéssé járatos hozzászólók tirádáiba, valamint nem túl szofisztikáit, a többiek nemi hovatartozását megkérdőjelező kommentekbe torkollt. Annyi azonban bizonyos, hogy nem sikerült konklúzióra jutni a kérdést illetően.

Nos, ami engem illet, igyekezem pontosabb választ adni, és ennek érdekében elhatároztam, hogy elvégzek néhány kísérletet különböző magasságokból lehajított marhaszeletekkel.

Egy 20 dekás marhaszelettel számoltam, amelynek alakja és mérete megegyezik egy jégkorongéval. A súrlódási együtthatók vonatkozásában a The Physycs of Hockey (A jégkorong fizikája) című könyv 74. oldalán leírtakat vettem alapul – a szerző, Alain Haché valóságban elvégzett kísérletek és laboratóriumi mérések alapján adja meg a szükséges adatokat. Tény és való, hogy egy marhaszelet a valóságban nem jégkorong, viszont a súrlódási együtthatók pontos értékeit tekintve nincsenek nagy különbségek.

Tekintettel arra, hogy az ilyesféle kérdések megválaszolása gyakran szokatlan tárgyak elemzését kívánja meg, ráadásul extrém szélsőséges fizikai körülményekkel kell számolni, gyakran fordul elő, hogy az egyetlen hitelt érdemlő kutatás, amit az adott témában találhat az ember, a hidegháború idejéből való, és az Egyesült Államok hadászati tanulmányai közül kerül ki. (Egyébként az USA kormánya hajlandó volt hatalmas összegeket költeni bármire, ami akár csak érintőlegesen is kapcsolódott a fegyverfejlesztésekre vonatkozó kutatásokhoz.) Hogy képbe kerüljek a levegőben zuhanó hússzelet felmelegedésének várható módjával kapcsolatban, utánanéztem a kutatási dokumentációban annak, hogy a légkörbe való visszatéréskor milyen hőhatásnak van kitéve az interkontinentális ballisztikus rakéták orr-része. A mi szempontunkból a két leghasznosabbnak bizonyuló tanulmány a „Rövid hatótávolságú ballisztikus rakétákra haló aerodinamikai hőhatások becslése”, illetve a „Légkörbe visszatérő járművek hőmérséklet-változásának kiszámítása” címet viseli.

Ezenfelül még azt kellett kifundálnom, hogy pontosan milyen gyorsan terjed a hő a hússzeletben. Nosza, elkezdtem ipari élelmiszer-előállítással foglalkozó cikkeket böngészni, amelyek azt taglalták, hogy milyen hőáramlási hatások érik a különféle típusú húsokat. Eltartott egy darabig, amíg rájöttem, hogy sokkal könnyebben is kideríthetem, hogy milyen idő- és hőmérsékleti feltételek mellett sül át egy hússzelet: a titok a szakácskönyvekben rejlik.

Jeff Potter kiváló műve például, a Cooking for Geeks (Szakácskönyv kockáknak) nagyszerű bevezetést ad a hússütés tudományába. Beavatja az olvasókat például abba is, hogy adott hőfok milyen változást okoz a hús szerkezetében és miért. A szakácsok számára íródott The Science of Good Cooking (A jó főzés tudománya) szintén hasznosnak bizonyult.

Mindent összevetve, a következőkre jutottam: a hússzelet gyorsulása rohamosan nő, amíg el nem éri a 30-50 kilométeres tengerszint feletti magasságot, ahol már elég nagy a levegő sűrűsége ahhoz, hogy elkezdje lassítani a zuhanást.

A zuhanó hússzelet sebessége folyamatosan csökken, ahogy a levegő sűrűsége nő. Nem számít, hogy milyen gyorsan zuhan, amikor eléri a légkör alsóbb rétegeit, gyorsan csökken a sebessége, és beáll egy végsebességre. Hat-hét percbe telik, hogy egy tárgy 25 kilométeres magasságból leérjen a földre.

E 25 kilométeren a levegő hőmérséklete fagypont alatt van – ami azt jelenti, hogy a hússzelet hat vagy hét percen át folyamatosan könyörtelenül hideg, nulla fok alatti, hurrikán erősségű légáramlatoknak van kitéve. Ha át is sül a marhaszelet a zuhanás folyamán, amikor földet ér, minden bizonnyal kénytelenek lennénk kiolvasztani, mielőtt lakmározni kezdenénk belőle. Amikor a hússzelet végül földet ér, egy adott végsebességgel – körülbelül 30 méter/szekundummal – fog becsapódni. Hogy nagyjából érezzük, mit is jelent ez pontosan, képzeljük el, hogy ezt a bizonyos marhaszeletet egy első osztályú baseballcsapat dobójátékosa küldi meg. Ha a hússzelet akár csak részben is fagyott, a becsapódáskor könnyedén széttörhet. Azonban ha vízben, sárban vagy faleveleken landol, akkor minden bizonnyal nem lesz semmi baja. [Úgy értem, egyben marad. Azt nem állítom, hogy ehető lenne…]

A 39 kilométeres magasságból lehajított hússzelet, a bázisugró Felixszel ellentétben, valószínűleg a hangsebesség alatt maradna. És nem is melegedne fel észrevehetően. Ezt támasztja alá az is, hogy Felix öltözete sem perzselődött meg zuhanás közben.

marhaszelet01-600

Egyébként egy hússzelet valószínűleg minden gond nélkül átvészelné a hangsebesség túllépését, hiszen – Felix mellett – a szuperszonikus sebességű repülők pilótái is simán túlélik az ilyen kalandot.

Ha a hangsebesség átlépése lenne a cél, 50 kilométeres magasságból lenne érdemes ledobni a hússzeletet. Azonban ez a magasság még nem elég ahhoz, hogy a steak átsüljön.

Ehhez nagyobb magasság szükségeltetik.

Ha 70 kilométerről indítanánk, eléggé felgyorsulna zuhanás közben ahhoz, hogy 350 °F (177 °C) légáram érje. Sajnos ez a behatás azonban alig egy percen át tartana – és ugye mindenki, akinek legalább minimális konyhai tapasztalata van, tudja, hogy a 117 °C hőmérsékleten 1 percen át sütött hús messze nem nevezhető késznek.

100 kilométeres magasságból – ha úgy tetszik, a világűr széléről – sem jobbak a kilátásaink. Mármint a marhaszelet szempontjából. Ugyanis a hús sebessége ebben az esetben másfél percen át lenne Mach N fölött, és bár a felszíne minden valószínűség szerint megpörkölődne, a meleget nagyon gyorsan felváltanák a jeges sztratoszféra tomboló szelei, így tulajdonképpen megint csak nem lenne ideje rendesen átsülni.

Szuper- (1,2 és 5 Mach közötti érték) és hiperszonikus (5 Machnál nagyobb) sebesség mellett a hússzelet körül kialakuló hirtelen nyomáskülönbség – vagyis lökéshullám – jó szolgálatot tenne abból a szempontból, hogy megvédené a marhaszeletet az egyre nagyobb erejű széllökésektől. A hússzelet felületének mérete, ahol a hő a legintenzívebben hat rá, és persze a mechanikai nyomás pontos értéke attól függ, hogy hiperszonikus sebesség mellett milyen egy 20 dekás hússzelet repülési pályagörbéje. Alaposan utánanéztem a szakirodalomban, de nem találtam olyan kutatást, ami konkrétan az adott témára vonatkozna…

A szemléletesség kedvéért feltételezem, hogy sebességcsökkenés esetén a hús mögött turbulens áramlások, légörvények alakulnának ki, örvénytér keletkezne, aminek következtében a hússzelet ide-oda cikázva repülne, és – hiperszonikus sebesség mellett – csaknem gömb alakot venne fel. Azonban mindez csak találgatás. Ha bárki vállalkozik arra, hogy hiperszonikus szélcsatornában tesztelje a marhaszeletre ható folyamatokat, hogy pontosabb adatokat nyerjen, kérem, küldje el nekem az erről készült videót. Ha 250 kilométeres magasságból engedjük útjára a hússzeletünket, akkor bizony már meleg a helyzet; 250 km voltaképpen a Föld körüli pálya alsó régiójának számít. Mindazonáltal a hússzelet – hiszen nyugalmi állapotból indul –, közel sem mozogna olyan sebességgel, mint bármely egyéb tárgy, amely a Föld körüli pályáról visszatér a felszínre.

Ezen elképzelés szerint a hússzelet csúcssebessége eléri a 6 Machot, és így a felszíne kellemesen megpirulhat. A belseje azonban sajnos ettől még nyers marad. Hacsak nem az történik vele, hogy szuperszonikus száguldásba kezd, és ennek következtében cafatokra robban szét.

Nagyobb tengerszint feletti magasságokban a hőmérséklet igen magas. A hússzelet előtti légörvények hőmérséklete elérheti a több ezer fokot. Ezzel az lenne a probléma, hogy a hússzelet felszíne teljesen átégne, és kis híján briketté változna. Konkrétan elszenesedne.marhaszelet02-600

Persze nincs abban semmi meglepő, hogy a tűzbe dobott hús elszenesedik. Ha viszont mindez hiperszonikus sebesség mellett történik, akkor az a gond, hogy az elszenesedett réteg szerkezetét nem tartja össze semmi, következésképp egyszerűen elfújja a szél – és ezáltal újabb réteg kerül a hús felszínére, ami ismét elszenesedik, és így tovább. (Ha elég magas a hőmérséklet, akkor szépen, rétegről rétegre villámgyorsan elszenesíti az egész szeletet. Az interkontinentális ballisztikus rakétákról szóló cikkekben ezt a jelenséget hívják úgy, hogy abláció; a rakéta felszíni rétegének leválása.) Még ilyen magasságokból indulva sem tölt elég időt a hússzelet a melegben ahhoz, hogy rendesen átsüljön. [Tudom, hogy sokaknak most mi jut eszébe. Nos, erre a válaszom: nem. Nem időzik eleget a hússzelet a Van Allen-övben ahhoz, hogy a sugárzás sterilizálhatná.]

Kísérletezhetünk egyre nagyobb sebességekkel, és meghosszabbíthatjuk a marhaszelet egyes régiókban töltendő idejét úgy, hogy a Föld körüli pályára nem merőlegesen, hanem egy bizonyos szögből indítjuk. Ha a hőmérséklet elég magas, illetve ha a hús felszínét elég hosszú ideig tesszük ki a hőhatásnak, akkor az lesz az eredmény, hogy a marhaszelet szép lassan széthullik darabjaira, mégpedig oly módon, hogy a külseje szénné ég és leválik – és ez a folyamat egyre ismétlődik, míg a végén nem marad semmi. Ha a szelet nagyobbik része valami úton-módon mégis eléri a földfelszínt, a hús belseje akkor is nyers marad.

Ezért kellene a húst Pittsburgh felett ledobni, ugyanis a fáma szerint a pittsburghi acélmunkások úgy készítették el a marhasültet, hogy az öntödéből kijövő izzó fémfelszínre hajították, így a külseje megpirult, a belseje pedig nyers maradt. Minden bizonnyal ez a „pittsburghi módra” készített marhasült eredeti receptje.

Randall Munroe

Randall Munroe

Hajítsuk hát le a marhaszeletet egy olyan rakétáról, amely épp csak egy kicsivel halad Föld körüli pálya alatt, küldjünk ki egy begyűjtő csapatot, hogy a becsapódás után felkutassák a húst, majd vágjuk le a marhasültről a csúnyán elszenesedett részeket, és lakmározzunk kedvünkre!

A szalmonellát ne hagyjuk figyelmen kívül. És az Androméda-ködöt se…

Fordította: Varga Krisztina

Randall Munroe: Mi lenne, ha?
Athenaeum Kiadó, Budapest, 2014