У меня наконец-то дошли руки до написания второй заметки про микроволновку. Если вы не читали предыдущую, в которой я описывал, как микроволновка вообще работает, рекомендую начать с нее. Сегодня же попробуем разобраться, зачем там нужен вращающийся столик.

Читать заметку

Измеряем скорость света в домашних условиях
В школе я активно участвовал в олимпиадах по физике. Где-то уже с уровня области на них обязательно бывали какие-то практические задача типа «определите коэффициент трения бумаги о дерево при помощи рулона туалетной бумаги и двух линеек» (кстати, способов решения этой задачи довольно много). Подобную задачу я встретил в книге Modernist Cuisine, авторы которой предложили измерить скорость света, используя обычную микроволновку и любые продукты, которые есть на кухне.
 
Если вы про эту задачу еще не слышали, то прежде, чем читать дальше, попробуйте ее решить. Напишите потом в комментариях, что у вас получилось.
 
А вот правильное решение для нетерпеливых. Чтобы измерить скорость света, из микроволновки надо сначала достать вращающийся столик. Потом мы берем большую тарелку и кладем туда тертый сыр или, как иногда советуют, шоколад или сырой белок куриного яйца. Тарелку помещаем в микроволновку на минуту, после чего достаем и даем остыть. Мы увидим, что сыр поплавился неравномерно, на нем появились полоски. Расстояние между ними соответствует расстоянию между максимумом и минимумом волны микроволнового излучения. В этих местах электрическое поле изменялось во времени, заставляя молекулы воды крутиться, тем самым разогревая еду. А там, где сыр не расплавился, стоячая волна проходила через ноль, электрическое поле в этих точках не изменялось и сыр не нагревался.
 
В домашних микроволновках излучение имеет частоту 2.45 ГГц. Она установлена одинаковой для всех приборов на законодательном уровне, чтобы не засорять радиоэфир помехами. Длина волны и частота электромагнитного излучения связаны всем известной формулой: λ = с/ν, где λ – длина волны, ν – частота, а c – скорость света. То есть скорость света – это длина волны, умноженная на частоту.
Измеряем линейкой расстояние между полосками спекшегося сыра. Оно окажется порядка 6 сантиметров. Это расстояние между минимумом и максимумом стоячей волны, другими словами - половина длины волны. Целая будет 12 см. Умножаем длину волны (0.12 м) на частоту микроволнового излучения (2.45 * 10⁹ Гц). И вуаля, скорость света – плюс-минус 3 * 10⁸ метров в секунду.

Вы продаете рыбов? Нет, только обсуждаем!

Записали очередной выпуск подкаста «Физики и лирики» на радио «Маяк». В этот раз говорили про рыбу. Почему рыба – не мясо? Почему говорят, что рыба полезна для здоровья и можно ли питаться только жареной рыбьей кожей? Все – в новом выпуске.

​​В научной работе одно из самых интересных и в то же время утомительных занятий – написание обзоров. Интересных, потому что всегда узнаешь много нового, а утомительных – потому что прочесть несколько сотен чужих статей и извлечь из них самое важное – адская работа. Так ты, конечно, становишься экспертом еще в одной области, но на некоторое время теряешь мотивацию к тому, чтобы дальше в ней работать.
 
К чему это я? Вышел наш новый обзор в журнале «Успехи химии». Я не так часто публикуюсь в российских журналах, но этот – мирового уровня. Ссылку на обзор в канал я выкладываю по двум причинам. Во-первых, он посвящен природным гидроколлоидам в пищевой химии: от пищевой упаковки до заменителей жиров и глютена. А во-вторых, его английская версия есть в открытом доступе, так что его можно посмотреть, даже не имея подписки на научные журналы. Если вам хочется чуть больше знать про каррагинаны, разные крахмалы, пектин, ксантановую камедь и их использование в пищевой промышленности, you are welcome.
 
Ну и мои поздравления Александре Пак и благодарность за ее титанический труд! Внимательно прочитать больше пятьсот статей и об этом понятно написать – большое дело. Ждем защиты диссертации!

​​В некоторых странах рядом с обычными куриными яйцами в магазине лежат такие, у которых скорлупа значительно темнее и прямо блестит. На картинке справа – обычные, а слева – блестящие.
Как вы думаете, что это за яйца? Правильный ответ будет в заметке завтра.

В 2005 году я впервые в жизни поехал в другую страну. Это была летняя студенческая стажировка в одной из лабораторий университета Миннесоты в США. За три месяца, пока я там жил, я собрал уйму историй про то, что «там» вещи делаются не так, как «тут». Одна из них – о том, как я искал яйца в супермаркете.
В России, как и во многих других странах, яйца в магазине обычно лежат на полках недалеко от пакетов ультрапастеризованного молока, хлеба, муки. В общем – где-то среди продуктов, которые не надо хранить в холодильнике. Я трижды обошел магазин, но яиц не нашел. С горя я собрал все свое знание английского, которое было еще довольно скудным, и спросил у сотрудника. Его ответ я не очень понял, но жест рукой в нужном направлении истолковал верно. Так я оказался в обширной холодильной секции, где среди йогуртов, сыра и других молочных продуктов лежали яйца в упаковках по двенадцать штук (еще одна мелкая особенность считать их дюжинами, а не десятками).
Значительно позже я слышал аналогичную историю об американке, которая искала яйца в супермаркете в Италии. Она облазила все холодильники, потому что совсем не ожидала увидеть яйца где-то между туалетной бумагой и мукой.
Яйца в холодильниках я видел в США, Японии, Австралии и Турции. Полагаю, такая практика есть и в других странах. А вот в Европе, как и в России, яйца в магазинах обычно держат при комнатной температуре.
Яйцо – удивительная штука. В нем есть большой запас питательных веществ для развития полноценного живого существа. И оно же защищает цыпленка в начале его развития от атаки микроорганизмов, которые были бы рады полакомиться этими питательными веществами. В то же время в скорлупе яйца очень много микроскопических пор, ведь для развития цыпленку нужен кислород. Казалось бы, миллиардам бактерий, которые окружают яйцо с момента его появления (никому не нужно напоминать, откуда яйцо выходит на свет?), ничто не мешает радостно кинуться внутрь к привлекательным белку и желтку. На случай такой агрессии у яйца есть своя многоуровневая система защиты. Белок яйца состоит из разных белков. Например, лизоцим прекрасно разрушает клеточные стенки бактерий, которые смогли пробраться внутрь, если им очень повезло. От белка их отделяют две мембраны, сама скорлупа и дополнительная наружная пленка, называемая кутикулой, в которой много соединений с антибактериальной активностью.
Эволюционно вся эта противомикробная защита появилась для защиты будущего птенца, но и для кулинара она тоже важна. Благодаря ей яйца очень медленно портятся по сравнению, например, с мясом или молоком. Если оставить кутикулу на яйце, его можно хранить вне холодильника несколько недель. Но есть нюанс! Яйцо может быть «загрязнено» чем-то не очень аппетитным или бактериологически опасным. Его, конечно, можно помыть, а то и обработать антисептиком. Но так вы удалите и кутикулу, из-за чего яйцо станет менее защищенным от проникновения микробов.
Что же с этим делать? Тут есть два пути. Яйца можно просто не мыть, хранить их при комнатной температуре и внимательно следить за здоровьем несушек, ведь сальмонелла оказывается в яйце, только если она была в кишечнике у курицы. Либо же их помыть, а потом хранить в холодильнике, чтобы помешать размножению опасных микробов. В России и Европе выбрали первый путь, в Америке и некоторых других странах – второй. Правда, купленные яйца я все равно держу в холодильнике. Низкие температуры замедляют не только рост микробов, но и все химические реакции, поэтому яйца дольше остаются свежими.

Вернемся к вопросу, который я задавал вчера. Красивые блестящие яйца на полке супермаркета – просто вареные. Некоторым покупателям проще купить уже вареное яйцо, чем потратить десять минут на его приготовление. Но варка, конечно, полностью удаляет кутикулу. Чтобы снова сделать скорлупу непроницаемой для бактерий (а таже воды и воздуха), ее покрывают слоем воска и масла, и яйцо опять можно хранить при комнатной температуре. Такое покрытие абсолютно безопасно, но оно намного лучше отражает свет, чем природная кутикула (воски входят в состав крема для обуви не просто так), и яйцо сверкает на солнце.

Записали новогодний выпуск подкаста “Физики и лирики” на радио “Маяк”. Темы, конечно, новогодние: селедка под шубой, майонез, холодец с хреном и шампанское!

Почему нужно ставить морозилку на минимум.

Я не люблю холодильники, в которых нельзя выставить температуру в холодильной и морозильной камерах по отдельности. Причина проста. Я хочу, чтобы в морозилке было максимально холодно, но чтобы продукты в холодильной камере не замерзали. Однажды у меня так замерзли куриные яйца (которые, как вы помните, я держу в холодильнике). А узнал я об этом, когда попытался их разбить для омлета, что меня не особо обрадовало.
Казалось бы, какая разница, сколько градусов в морозилке, −10 или −20. Но разница очень большая, и связано это с физикой и химией замерзания и таяния воды. Думаю, многие знают, что растворение в воде любых веществ снижает ее температуру плавления. Иногда пишут, что такие вещества мешают воде объединятся в упорядоченные кристаллы, но это не очень корректное упрощение. Настоящая причина тут точно такая же, как при приготовлении коктейлей, которые можно охладить заметно ниже нуля благодаря наличию в воде со льдом молекул спирта. Поэтому же тротуары зимой и посыпают солью. Так как солевой раствор замерзает при температурах ниже нуля, то при посыпании солью лед начнет таять, хотя вокруг отрицательная температура.

Кстати, чем больше частиц (молекул или ионов) в растворе, тем ниже опустится температура. Например, хлорид кальция CaCl₂, который в растворе превращается в три иона (один катион кальция и два хлорид-аниона), понижает температуру рассола гораздо лучше, чем обычная поваренная соль NaCl, которая дает только два иона. По этой причине в состав противогололедных реагентов часто входит не только NaCl, но и хлорид кальция CaCl₂ или магния MgCl₂.

Но вернемся к еде, замерзание которой – процесс довольно сложный, в первую очередь потому, что в ней есть два основных типа жидкости: межклеточная и внутриклеточная. Межклеточная жидкость гораздо ближе по составу к чистой воде, хотя в ней, конечно, тоже растворены некоторые вещества, из-за чего она замерзает лишь при −1 градусе. Но вот жидкость внутри клеток – совсем другое дело. В ней очень много различных веществ: солей, аминокислот, углеводов, белков, нуклеиновых кислот и других, которые дружно понижают температуру ее замерзания. Такой раствор не замерзнет, пока температура не упадет где-то до -10 градусов! Но даже при этой температуры кристаллы льда внутри клетки только начинают появляться.

Кристаллы льда – это чистая вода. Соли в кристаллическую решетку встроиться не могут, так как не подходят по форме и размеру. Поэтому, когда часть воды в клетке замерзает, все растворенные в ней вещества оказываются в другой части, из-за чего температура ее замерзания становится еще ниже. То есть, если ваша морозилка выставлена на −20, в клетках все еще остается незамерзшая вода, а при −12 градусах этой жидкой воды будет прямо много.
Теперь вспомним, что еду мы замораживаем, чтобы она дольше хранилась. Конечно, при −20 градусах никаких биологических процессов уже не происходит, так что можно не опасаться, что в морозилке вырастут какие-то опасные бактерии. А вот химические реакции вполне могут продолжаться. Разумеется, медленно, ведь понижение температуры на 10 градусов замедляет все реакции в 2 - 4 раза, но все же – они идут. Правда, их скорость зависит не только от температуры, но и от концентрации реагирующих веществ. И чем она больше, тем быстрее реакция. А ведь то, что внутри клетки не замерзло, это, по сути, суперконцентрированный рассол! Поэтому, несмотря на низкую температуру, химические реакции в клетках все же протекают, что не идет на пользу качеству еды.

Другая проблема с заморозкой еды вызвана равновесием между кристаллами льда и жидкой водой. Их смесь – это динамическая система, в которой некоторые кристаллы плавятся, некоторые – растут. При длительном хранении преимущественно будет происходить формирование крупных кристаллов льда. А еще, чем дольше мы ждем, тем больше воды выходит из клеток в межклеточное пространство, где кристаллы вырастают все больше и больше. После размораживания мы оказываемся в ситуации, когда многие клетки повреждены, а между ними появились каналы, где до этого росли большие кристаллы. Поэтому размороженное мясо, пролежавшее полгода в морозилке, теряет в разы больше сока, чем мясо, которое находилось в морозилке неделю-другую.

Этого можно избежать, опустив температуру в морозилке как можно ниже. Внутриклеточная вода с огромным количеством растворенных в ней веществ все равно полностью не замерзнет, а перейдет в так называемое стеклообразное состояние. В таком состоянии она тоже твердая, поэтому молекулы не могут бегать как попало и активно вступать в химические реакции. А так как структура ее – не кристаллическая, а аморфная (то есть молекулы воды в ней «замерзли» хаотически), то острые кристаллы, способные повредить наши продукты, в этих условиях не растут. Правда, температура еды тогда должна быть от −20 до −80 градусов, что, конечно, для домашней техники обычно нереально.

Морозилка в моем холодильнике позволяет держать температуру в −24 градуса, и именно эта температура там выставлена. Но даже этого мало для действительно длительного хранения продуктов, поэтому не оставляйте их на много месяцев даже в самой хорошей морозилке. Опасной такая еда не станет, но вкус и текстура пострадают. Поэтому я рекомендую всем выставить температуру в морозилке на самый минимум. Если, конечно, вы можете это сделать, на заморозив яйца в холодильной камере.

Вчера записали еще один эфир подкаста “Физики и Лирики” на радио Маяк. Продолжили беседу про искусственное мясо, в этот раз нашлось время поговорить и про клеточное мясо, и про белок из нефти и газа, и про растительное мясо “с кровью”.

Никак не дойдут руки до того, чтобы дописать сразу несколько больших заметок, но надеюсь, что скоро исправлюсь.
А вот на то, чтобы подключиться к радиоэфиру, время найти проще. Сегодня записали очередную программу «Физики и лирики» на радио «Маяк». Поговорили про низкокалорийные продукты – как их делают и зачем.
Правда как обычно беседа ушла не туда и действительно любопытные вещи не обсудили. Например, такой исключительно важный вопрос не подняли: почему если добавить ментос в диетическую колу, то происходит извержение, а если колу взять обычную – будет лишь относительно скромный фонтан? А у меня добавился еще один пункт в списке заметок, которые нужно написать.