Denne artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo - les mer.

Joachim Mossige demonstrerer teblad-effekten. Når vannet roteres samles bladene i midten. Effekten utnyttes både på laboratoriet og i industrien, og kan forklare naturfenomener.
Joachim Mossige demonstrerer teblad-effekten. Når vannet roteres samles bladene i midten. Effekten utnyttes både på laboratoriet og i industrien, og kan forklare naturfenomener.

Her foregår toppforskning fra kjøkkenet

Visste du at caffè latte, te, oppvask og matlaging kan lære forskerne mye nytt?

– Kjøkkenvitenskap er et aktivt forskningsfelt med uløste problemer og viktige anvendelser. Kunnskap fra kjøkkenet forklarer fenomener i naturen og kommer til nytte i industrien, forteller Joachim Mossige ved Universitetet i Oslo (UiO). 

Sammen med tre andre forskere har han publisert en gjennomgang av vitenskapen om «alt som flyter på et kjøkken.» 

Interessen for temaet fikk Mossige for alvor under pandemien, mens han jobbet som forsker ved Stanford-universitetet i California. 

Da alt stengte ned, mistet han tilgangen til laboratoriene ved universitetet. Frustrerende til å begynne med. 

– Men etter hvert kom jeg på at jeg har jo et laboratorium hjemme, forteller han.

Fra teblader til embryoer

Mossige er fysiker og jobber i et tverrfaglig prosjekt under UiO: Livsvitenskap hvor de studerer embryoets utvikling. Et befruktet egg kalles embryo fra tre til åtte ukers alder. 

Rundt fem dager etter befruktningen går det befruktede egget gjennom en kritisk fase da celleklumpen får en litt forlenget form. 

– Vi lager kunstige, menneskelige embryoer ved hjelp av stamceller fra et befruktet egg, sier han. 

Kjøkkenviten spiller en rolle også her. På laboratoriet utnytter forskerne den såkalte tebladeffekten for å samle celler i en klump som senere skal bli til et organ. 

Effekten kan vi se hvis vi lager te med løse blader. Når vi rører rundt i koppen kunne vi kanskje forvente at tebladene presses ut mot kanten, men det er faktisk det motsatte som skjer. Tebladene samles i midten.

Ingen ringere enn Albert Einstein studerte teblad-paradokset. Han foreslo i en artikkel i 1926 at samme effekt får elver til å meandrere. Det vil si bukte seg i svinger over en slette.

Teblad-paradokset: Når du rører i en tekopp samles bladene på midten, ikke langs kanten som forventet.
Teblad-paradokset: Når du rører i en tekopp samles bladene på midten, ikke langs kanten som forventet.

Olje på opprørt hav

Mossige og medforfatterne legger vekt på at eksperimentene og kunnskapen med utgangspunkt på kjøkkenet gjør vitenskap lettere tilgjengelig.

Han forteller historien om pioneren Agnes Pockels. Hun var etter eget utsagn lidenskapelig opptatt av naturvitenskap, men på slutten av 1800-tallet hadde ikke kvinner lov til å studere på universitetet.

Den yngre broren hennes studerte fysikk i Göttingen og delte lærebøkene sine med henne. Agnes måtte pleie foreldrene hjemme og kombinerte oppvasken med eksperimenter med såpe og vann.

Resultatene beskrev hun i et brev som hun sendte til Lord Rayleigh, senere nobelprisvinner i fysikk. Han fant forskningen hennes så interessant at han videresendte brevet til tidsskriftet Nature for publisering.

Agnes Pockels cirka 1892.
Agnes Pockels cirka 1892.

Uttrykket «å helle olje på opprørt hav» om å roe gemyttene i en opphetet diskusjon hadde opprinnelig en helt konkret betydning: Olje på vann demper bølger.

Agnes Pockels’ eksperimenter på kjøkkenet gjorde henne til en pioner på fagområdet overflatespenning, men det skulle ta hundre år før vi fikk den endelige forklaringen.

– Nå vet vi at oljens beroligende effekt skyldes at overflatespenningen i oljefilm øker når filmen strekkes, som når oljen dras utover havet av vinden, forteller Mossige.

Million dollar-likningene

Matematikken som beskriver hvordan væsker og gasser beveger seg, enten det er kaffe og melk som blandes i en caffè latte eller gassene i atmosfæren, kalles Navier-Stokes-likningene.

– De er lette å skrive opp, men ekstremt vanskelige å løse, sier Mossige.

Faktisk så vanskelige at den som lykkes får en million dollar fra Clay Mathematics Institute. I år 2000 lovte de pengepremie til den som fant løsningen på hvert av sju matematiske problemer de kalte milleniums-problemene. Seks av problemene er fremdeles uløste.

Væsker og gasser oppfører seg likt når de strømmer og har derfor fellesbetegnelsen fluider.

Mossige har selv gjort eksperimenter innen kjøkkenfysikk og fluidmekanikk, blant annet med oppløsning av honning i te.

Da trengte han hjelp med matematikken og fikk det hos Jan Martin Nordbotten i Bergen, kjent fra Norges Smarteste på NRK.

Artikkelen Mossige har publisert sammen med tre andre forskere er en oversiktsartikkel med gjennomgang av kunnskap og forskning på hele feltet.

– Mye av forskningen er drevet av ren nysgjerrighet, men viser seg å bli nyttige for oss også, sier Mossige.

Teknikken for å blande røre til makroner slik at den beholder luftigheten, ble for eksempel videreutviklet slik at den kan bli nyttig for både kryptografi, kjemisk industri og innen livsvitenskap.

Prøv selv med pepper og oppvaskmiddel

Et fenomen som er enkelt å teste selv på kjøkkenet, er Marangoni-effekten. Strø pepperkorn i en bolle med vann og se hva som skjer hvis du tilsetter en liten dråpe oppvaskmiddel.

Pepperkornene forsvinner raskt ut mot kanten. Molekylene i såpe reduserer overflatespenningen og lager en strøm fra områder med lavere overflatespenning til høyere.

En penere demonstrasjon av effekten kan gjøres med en tallerken med melk. Tilsett noen dråper matfarge og pirk i overflaten med en bomullspinne dyppet i såpe.

– Noen insekter som går på vannoverflaten, har vist seg å utnytte denne effekten til å flykte raskt av gårde, forteller Mossige.

Insektene slipper ut kjemikalier som reduserer overflatespenningen bak seg og skyter dermed fart framover. Inspirert av insektene jobber noen forskere med å utvikle miniroboter som drives fram av Marangoni-effekten.

Pannekaker og lava

Kjøkkeneksperimenter brukes med stort hell i undervisning, også på universitetsnivå. Ved Harvard kan du for eksempel ta et fysikk-kurs i matlaging, et kurs hvor du lærer både fysikk-konsepter og matlaging.

I et eksempel fra Brown University ga underviser Roberto Zenit studentene i oppgave å steke pannekaker og filme med telefonen mens de helte røre i stekepanna. Ved å måle hvor fort radiusen endres, fant studentene viskositeten til pannekakerøra.

Viskositet handler om hvor tyktflytende noe er. 

– Vanligvis måler vi et stoffs viskositet på laboratoriet ved å slippe en kule gjennom, men med pannekake-eksperimentene fikk studentene en mye mer intuitiv forståelse for begrepet, sier Mossige.

Referanse:

Arnold J. T. M. Mathijssen mfl.: Culinary fluid mechanics and other currents in food scienceReviews of Modern Physics, 2023. Doi.org/10.1103/RevModPhys.95.025004

Om forskningen

Oversiktsartikkelen er et samarbeid mellom disse fire forskerne:

  • Vivek Prakash University of Miami
  • Maciej Lisicki University of Warsaw
  • Arnold Mathijssen University of Pennsylvania (UPenn)
  • Joachim Mossige, RITMO UiO

forskning.no vil gjerne høre fra deg!

Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? TA KONTAKT HER

Powered by Labrador CMS