Warum sind Kartoffelchips so lecker? Es hat etwas damit zu tun, wie es wächst!

Es ist wieder Herbstausflugszeit und wenn wir über den unverzichtbaren Snack in der Schultasche sprechen, dann müssen es Kartoffelchips sein. Das leichte und luftige Gefühl ist unter der goldenen und knusprigen Kruste eingehüllt und das angenehme, knackige „Knirschen“-Geräusch macht glücklich, während man den köstlichen Geschmack genießt. Wenn Sie den Eimer mit den Kartoffelchips wieder öffnen, haben Sie sich dann nicht auch schon einmal kurz gefragt: Warum haben die Chips diese Form?

Warum verbiegen sich Kartoffelchips? (Foto vom Autor bereitgestellt)

Die Frage nach der Form von Kartoffelchips scheint im Internet zu einem beliebten Thema geworden zu sein; im Internet wird viel darüber diskutiert [1]. Die Argumente sind im Grunde ähnlich: Die Sattelform weist eine stabilere Leistung auf und bleibt bei der Herstellung und beim Transport eher intakt. Vor einigen Jahren verfolgte Bi Dao[2] einen anderen Ansatz. Anstatt die Stabilität der Satteloberfläche zu diskutieren, schlug er die ziemlich unsinnige „Tangenten-Esstheorie“ vor, die wirklich viel Aufmerksamkeit erregte.

Bi Daos „Tangenten- und Esstheorie“[2]

Was ist in „Mehr als 40 Milliarden Portionen pro Jahr“ das Geheimnis von Instantnudeln, außer dass sie köstlich sind? Im Artikel „Die Form von Instantnudeln“ [3] haben wir die Form von Instantnudeln besprochen. Ihre gekrümmte Struktur ähnelt tatsächlich einem „Bogen“, der die äußere Last verteilen kann und keine Angst vor Stößen hat. Die Sattelnudel hat auch einen „Bogen“. Wird die Sattelnudelform im Bereich der Kartoffelchips also wirklich auch wegen ihrer Stabilität verwendet, um die Herstellung und den Transport zu erleichtern?

01Haben alle Kartoffelchips die gleiche Form?

Kartoffelchips können je nach Verpackungsart in Säcke und Fässer unterteilt werden. Bei Tüten mit Kartoffelchips handelt es sich um echte, originale, geschnittene Kartoffelchips, während Fässer mit Kartoffelchips durch das Pressen von Kartoffelpüree durch eine Form hergestellt werden. Daher haben die Fässer mit Kartoffelchips eine einheitliche Form, was das geordnete Verpacken erleichtert. Die Formen abgepackter Kartoffelchips sind eher zufällig und können nur in Luftbeutel verpackt werden.

Form für Fasskartoffelchips[1]

Die Form der Kartoffelchips in einem Fass hängt von der verwendeten Form ab und kann theoretisch in jede beliebige Form gebracht werden. Allerdings gibt es auf dem Markt tatsächlich nur drei gängige Formen von Kartoffelchips in Fässern: einfach gebogen, hyperbolisch (sattelförmig) und gewellt. Auch die üblichen Original-Cut-Tüten-Kartoffelchips (im Bild unten die oberen) haben eine Sattelform. Ist das Zufall oder Notwendigkeit?

Vergleich der Kartoffelchipformen (Foto vom Autor bereitgestellt)

Tatsächlich haben alle Kartoffelchips in einer Tüte mehr oder weniger die Form einer „Sattelnudel“. Kartoffelchips dehnen sich nach dem Frittieren aus, die Ausdehnung ist jedoch ungleichmäßig und es kommt zu Verformungen. Darüber hinaus verziehen sich die geschnittenen Kartoffeln aufgrund von Faktoren wie dem Faserwachstum in zwei Richtungen und bilden schließlich eine Satteloberfläche.

Ungleichmäßige Ausdehnung (Foto vom Autor bereitgestellt)

Sattelnudeln sind also eigentlich die natürlich geformte gewölbte Oberfläche von rohen Kartoffelscheiben nach dem Frittieren.

02Solide und stabile Satteloberfläche

Egal wie die Sattelfläche platziert ist, sie berührt den Boden an zwei Punkten auf beiden Seiten; Wenn sich die einfach gekrümmte Oberfläche nach oben öffnet, ist die Kontaktfläche mit dem Boden eine „Linie“, und wenn sie sich nach unten öffnet, ist sie dieselbe wie die Satteloberfläche. Anhand der Formel in der Abbildung unten lässt sich erkennen, dass unter gleichen Bedingungen das Biegemoment des einfach gekrümmten Gefahrenabschnitts mit der Öffnung nach oben (M1) größer ist als das der Sattelfläche und des einfach gekrümmten Abschnitts mit der Öffnung nach unten (M2). Aus dieser Perspektive entlastet die Satteloberfläche nach dem Komprimieren der Kartoffelchips das Biegemoment (M2) an der inneren Gefahrenstelle aufgrund des Reibungsdrehmoments (fh) an der Kontaktstelle und verbessert dadurch die Festigkeit.

Vergleich der Biegemomente zweier Biegeformen (Foto vom Autor bereitgestellt)

Bei Kartoffelchips ist ein Intensitätsvergleich unter dieser Bedingung jedoch wenig sinnvoll. Die Verpackung der Kartoffelchips in Fässern ist sehr stabil und die Möglichkeit, dass die Chips durch Druck zerdrückt werden, ist sehr gering. Dabei ist der Unterschied in der Form der Kartoffelchips eigentlich nicht so wichtig. Dies zeigt, dass die Form der Satteloberfläche nicht nur auf hohe Festigkeit ausgelegt ist.

Bildquelle: Photo Network

Allerdings zerbrechen Kartoffelchips in der Schale. Die Kartoffelchips an beiden Enden der Verpackung vibrieren während des Transports hin und her und kollidieren mit den Enden der Verpackungsschachtel. Die verzogenen Kartoffelchips neigen eher dazu, unter der Aufprallkraft zu zerbrechen, da die Unterseite in der Luft schwebt. Wenn es hingegen eine flache Form hat, ist die Möglichkeit von Vibrationen und Brüchen durch diesen Transportvorgang viel geringer.

03Warum werden aus Kartoffelchips Sattelnudeln hergestellt?

Wenn das der Fall ist, warum bestehen dann einige Marken darauf, daraus Sattelnudeln zu machen? Vielmehr geht es dabei vor allem um die Anstrebung einer Produktdifferenzierung, die sich vor allem im Aussehen und Geschmack widerspiegelt. Optisch ist die Satteloberfläche deutlich kunstvoller gestaltet. Geschmacklich ist bei der sattelförmigen Oberfläche ein stärkeres Brechgefühl nach Krafteinwirkung zu spüren. Nachdem die Kartoffelchips in den Mund gelangt sind, wirken beim Beißen Kräfte sowohl in oberer als auch in unterer Richtung auf die Chips. Unter der Einwirkung dieser Kräfte zerbrechen Kartoffelchips mit einer einfachen Krümmung eher an der konkaven Linie in zwei Stücke, während Kartoffelchips mit Satteloberfläche, die zwei konkave Linien aufweisen, in mindestens vier Stücke zerbrechen.

Vergleich der Bruchlinien (Foto vom Autor zur Verfügung gestellt)

Erwähnenswert ist, dass die gleichmäßigere Beanspruchung der Sattelfläche nicht dazu führt, dass die Kartoffelchips stärker brechen. Tatsächlich sind die Kraftverhältnisse im Inneren der Kartoffelchips unter der Bedingung einer oralen Okklusion ungleichmäßig.

04 Satteldach

Die Mechanik eines Satteldachs unterscheidet sich grundlegend von der Mechanik des Zerbrechens eines Kartoffelchips. Die Kräfte auf Kartoffelchips sind relativ zufällig, während die Kräfte auf Satteldächern fest sind, d. h. die Dachlast wirkt senkrecht nach unten. Gerade unter der Einwirkung dieser vertikalen, gleichmäßig verteilten Last kann das Satteldach seine Überlegenheit ausspielen.

Wenn wir die Satteloberfläche aufschneiden, finden wir eine „Bogen“-Struktur. Wie wir alle wissen, verfügt die Bogenstruktur über eine große Tragfähigkeit, dank der die Struktur ihr eigenes Gewicht und ihre eigene Belastung in eine Extrusionskraft innerhalb der Struktur umwandeln kann, wodurch die Schwäche der Zugkraft beseitigt wird.

Bogenkraft (Foto vom Autor bereitgestellt)

Die inneren Kräfte der Satteloberfläche ähneln denen der Bogenstruktur, es gibt jedoch einige Unterschiede. Nachdem die Satteloberfläche entlang der konkaven Linie geschnitten wurde, ist der obere konkave Abschnitt (der blaue Abschnitt in der Abbildung) der Kompressionsabschnitt. Der mittlere konkave Abschnitt ähnelt der Symmetrieebene der Bogenstruktur. Die beiden Seiten drücken sich gegenseitig zusammen und als drucktragendes Material wird Beton verwendet. Der konkave Abschnitt (grüner Abschnitt in der Abbildung) ist ein Zugabschnitt, der einer Kettenlinie ähnelt, die Oberflächen verbindet und sich gegenseitig spannt. In dieser Richtung müssen Stahlstäbe angeordnet werden, um die Zugfestigkeit zu verbessern.

Innere Kraftspannung und -kompression des Abschnitts (Foto vom Autor bereitgestellt)

Durch Ziehen und Drücken der Satteloberfläche kann die Leistung der Stahlstäbe und der Betonstruktur aus Stahlbeton optimal zur Geltung gebracht werden[4]. Diese Struktur hat viele Anwendungsmöglichkeiten, wie zum Beispiel: Guangdong Xinghai Konzerthalle, South China University of Technology Gymnasium, Puerto Rico Pons Stadium, Berliner Weltausstellungs-Konferenzhalle, etc. Allerdings ist die Spannweite der dünnen Betonschalenstruktur der gesamten Satteloberfläche letztlich begrenzt. Wenn es in einer Turnhalle verwendet wird, muss es in vier Sattelflächen unterteilt und separat gestützt werden, wie beispielsweise in der Turnhalle der South China University of Technology.

Gymnasium der South China University of Technology (Offizielle Website der South China University of Technology)

Die gesamte Satteldachkonstruktion einer großen Turnhalle weist nicht diese dünne Stahlbetonschalenkonstruktion auf, die sich noch stärker von der Satteldachkonstruktion von Kartoffelchips unterscheidet. Um das Eigengewicht zu reduzieren, wird eine flexible Kabelstruktur verwendet, wie beispielsweise das Dach des Ice Ribbon National Speed ​​​​Skating Oval meines Landes. In der Kabelstruktur herrscht kein Druck, sondern nur Spannung. Die gesamte Dachkonstruktion sinkt aufgrund ihres Eigengewichts und anderer Nebeneinrichtungen auf natürliche Weise ab. Der Designer nutzte die Situation und schuf eine sattelförmige Dachkonstruktion, die Mechanik in Kunst verwandelte.

Das sattelförmige Dach des National Speed ​​​​Skating Oval (offizielle Website des National Speed ​​​​Skating Oval)

Verweise

[1]. Warum haben Kartoffelchips oft eine Form, die einer Sattelfläche ähnelt (hyperbolisches Paraboloid)? https://www.zhihu.com/question/635339502/answer/3378790089

[2]. Bi Dao, können wir noch Kartoffelchips essen, wenn sie auf den Boden fallen? Ich habe die „Tangenten- und Esstheorie“ des Tsinghua-Doktors offiziell widerlegt!

https://mp.weixin.qq.com/s/nT9zwAtjSRToNJtSBHoFrQ

[3]. Wang Yongjian, mehr als 40 Milliarden Portionen Instantnudeln pro Jahr. Was ist das Geheimnis hinter diesem köstlichen Instantnudelgericht? https://mp.weixin.qq.com/s/UMzQxVbf_tbtLo0mLEWQGQ

[4] Liang Sheng, Forschung zum integralen erdbedeckten Dachsystem einer großflächigen „sattelförmigen“ dünnen Schalenstruktur, South China University of Technology, 2014.

Autor: Wang Yongjian, außerordentlicher Professor der Nanjing Agricultural University, stellvertretender Generalsekretär des Wissenschaftspopularisierungsausschusses der Jiangsu Mechanics Society, leitender Experte für Wissenschafts- und Technologiekommunikation der Provinz Jiangsu

Planung & Redaktion: Tiara