Fyzika v kuchyni - zákon schválnosti a syrové vejce

Proč vám spadne na zem spíše syrové než vařené vejce? Způsobil to zákon schválnosti? Omyl - na vině je (jako tak často) … fyzika. (délka blogu 3 min.)

Může to vypadat jako zákon schválnosti. Pokud vám na (nepříliš vodorovné)  pracovní desce “uteče” jedno syrové a jedno vařené vejce - než je stihnete chytit, spadne na zem právě to, které se při pádu zničí: syrové vejce. Nezavinil to ovšem žádný nadpřirozený jev - na vině je … fyzika.

Rotující vejce jako test: uvařené nebo syrové?

Jistě znáte starý a osvědčený trik, jak zjistit, jestli pracujete s uvařeným nebo se syrovým vejcem. Uvařené vejce, které roztočíte pomocí prstů, bude rotovat kolem své vlastní osy déle, než vejce syrové.

To je dáno jednoduše tím, že v syrovém vejci může žloutek a bílek  poměrně volně klokotat, zatímco vejce uvařené natvrdo má pevný obsah.

Vejce natvrdo je z fyzikálního pohledu tuhým (pevným) tělesem. To se definuje jako těleso, jehož tvar ani objem se nemění účinkem působících sil. Síly, které na takové těleso působí, ho pouze uvádějí do pohybu.

Při rotaci uvařeného vejce se všechny body uvnitř vejce pohybují po kružnicích, které mají střed v ose otáčení. Síla, kterou vyvine experimentátor, se tedy transformuje pouze do rotačního pohybu.

U syrového vejce vypadá situace jinak. Pokud se dostane do rotace, zpomalí svůj pohyb daleko rychleji než vejce uvařené. Částice v jeho nitru nedrží ve vzájemné pozici tak silné síly jako u pevného (tuhého) tělesa, mohou se tedy relativně volně pohybovat. Když uvede experimentátor do pohybu skořápku syrového vejce, předává se síla díky slabému vzájemnému propojení částic méně dokonale než u jeho natvrdo uvařené varianty. V tekutém bílku a žloutku pak navíc dochází ke tření, které nakonec spotřebuje část energie,  která původně způsobovala rotaci vejce.

Tímto způsobem se prý dá vejce dokonce i uvařit, pokud vejce rotuje ve střídavě opačném směru. Energie totiž nemizí beze stopy, ale mění se na teplo - a to pak může způsobit koagulaci bílkovin ve vejci. Je to samozřejmě velice nepraktický způsob vaření - trvá to hodně dlouho.

Vejce na šikmé ploše

Z toho vyplývá také chování vajec na šikmé ploše. Syrové i vařené se samozřejmě skulí na zem - jedno z nich ale bude rychlejší.

Pokud teď v duchu tipujete na vejce, uvařené natvrdo - tipujete špatně.

Situaci vyjasní jednoduchý pokus. Vezměte desku (zhruba metr dlouhou), nejlépe s drážkou, kterou bude vejce rolovat dolů, aniž by předčasně spadlo z desky na zem. Jednu její stranu nadzvedněte a postavte na špalík. Pak už potřebujete jen dvě vejce - jedno uvařené natvrdo a druhé syrové. Ze stejné výchozí pozice nechte rolovat jedno po druhém dolů. Pomocí stopek pak můžete zjistit, že je syrové vejce rychlejší. A to i přesto, že se na základě předchozího pokusu s rotujícími vejci může zdát, že vejce natvrdo vyhraje.

Proč je syrové vejce rychlejší?

Na horním obrázku jsou zakresleny síly, které působí na rotující vajíčko na šikmé ploše (situace je klasicky zjednodušená na “kulovité vejce ve vakuu”). Pokud vycházíme z toho, že jsou obě vejce (jak uvařené tak syrové) identická a mají stejný tvar, velikost i hmotnost, působí na ně stejná síla. Přesto se jedno z nich uvede do rotace ochotněji než to druhé.

Trik spočívá v tom, že se v případě vejce uvařeného natvrdo uvádí do rotace celé pevné (tuhé) těleso - tedy všechny jeho vnitřní body a celá hmota.

U syrového vejce, které má daleko menší vnitřní soudržnost (jeho bílek a žloutek se mohou relativně volně pohybovat vůči sobě i vůči skořápce), se zprvu pohybuje pouze skořápka. Bílek a žloutek zůstávají nějakou dobu v relativním klidu. Teprve později se díky soudržnosti tekutých částí vejce začíná pohybovat také bílek a žloutek.

Síla, která nutí obě vejce rotovat, je stejná - v případě syrového vejce je tu ale daleko méně hmoty, která se musí uvést do rotujícího pohybu (nejprve skořápka, až později také tekutý obsah vejce). Syrové vejce dostává už na počátku své cesty náskok, který nezmizí ani později, kdy rotuje už celý syrový obsah a kdy jsou tedy obě vejce stejně rychlá.

Některé kuchyňské záhady sice vypadají jako nadpřirozené jevy - ve skutečnosti se ale dají vysvětlit pomocí staré dobré fyziky. Mezi ně patří také efekt syrového vejce, které spadne (k naší smůle) na zem spíše, než vařené.