Mindegy, hogy édes vagy sós, a popcorn egy igazi klasszikus.

A puffasztott kukoricaszemek nálunk is hosszú ideje nagy népszerűségnek örvendenek. Ám, ami fizikálisan a kukoricaszemek kipattogásakor történik, azt most francia kutatók vizsgálták meg mikrofon és nagysebességű kamera segítségével. Többek közt azt is tisztázták, miért ugrik a popcorn a levegőbe és honnan jön a magvak tipikus pattogó hanga.

„A popcorn már az elkészítésekor is örömet okoz, ahogy ide-oda pattog az edényben és pattogó zajt kelt” – mondja Emmanuel Virot a palaiseau-i Műszaki Főiskoláról és Alexandre Ponomarenko a Grenoble-i Egyetemről. Ami a kukoricával történik az már régóta ismert. Hő hatására a kukoricaszemekben található víz légneművé válik és kitágul. A belső nyomás megnövekedik, majd a zárt maghéj felrobban. A popcorn ekkor egy hangos pattanó hangot ad és a magasba repül. Eközben a vízgőz hatására felpuffadt kukoricakeményítő tovább tágul és kialakítja a pattogatott kukorica habszerű kinézetét. Bár a folyamatot a legkisebbek is ismerik a kísérletet végző kutatók szerint a megfigyelt jelenség fizikai okait még nem jegyezték le tudományos megfigyeléssel. Ezért ők ezt most megtették. Kísérletük során egy forró főzőlapon kukoricát pattogtattak, amit többek között egy nagysebességű kamerával filmeztek le.

Kiderítették, hogy a kukoricapattogtatásnak van egy viszonylag éles hőmérsékleti küszöbje. Míg 170 Celsius foknál a magvak nagyjából egyharmada robban fel, 180 Celsius fokon már az összes. A kritikus határérték tehát 180°C közelében van és egy igen szűk tartomány között mozog – a kutatók megállapítása szerint ezért pattognak ki a szemek szinte egyszerre. A mérések azt mutatják, hogy a viszonylag szűk tartományú küszöb a víz viselkedésén alapszik. A 20 milligramm víz – ennyit tartalmaz egy átlagos kukoricamag – legnagyobb része kicsivel a robbanás előtt még folyékony. Mindössze körülbelül 1 milligramm található már gőzfázisban. A küszöbhőmérséklet elérésével ez hirtelen megváltozik, ami óriási gőznyomást eredményez – ettől a mag szó szerint felrobban. A mérete a duplájára nő, ugyanakkor a sűrűsége a nyolcadára csökken és a „hangos robbanás” is a gőznyomás eredményekénti maghéjhasadással keletkezik.

A kukoricaszem lába és nyomás

De miért ugrik a popcorn robbanás közben a magasba? Eddig azt feltételezték, hogy ez mindenekelőtt a megváltozott nyomás miatt történik. Azonban Virot és Ponomarenko nagysebességű felvételei felfednek egy másik mechanizmust: „Miután megtörik a héj és elkezdődik a keményítő növekedése megfigyeltük egy „láb” épülését”– jelentették ki a kutatók. Ezt a keményítő-kiszögellést kezdetben a szem alsó oldalán összetöri a mag súlya. A másodperc töredékével később azonban a lábban a nyomás hirtelen megnő, ez katapultálja a kukoricaszemet a magasba. A pattogatott kukorica hőjének termikus és rugalmas energiáját a belsejében tárolja, ami a lábban mozgási energiaként szabadul föl. A mérések szerint ez a folyamat mintegy 200 m/mp-es sebességre gyorsítja fel a kukoricaszemeket.

Eddig nem volt teljesen tisztázott, mi okozza a popcorn pattogó hangját, most azonban egy speciális, érzékeny mikrofonnal rögzítették a háttérzajokat is. Ennek alapján a „pop” (pattogás) pillanatától összehasonlították a hangsávot a nagysebességű kamera felvételein látható eseményekkel. Az eredmény: A pattogó zaj nem a maghéj kirobbanásától, mint gyakran feltételezik és nem is a magvak edényről való visszaverődésétől jön létre, hanem a vízgőz robbanásszerű kitörése váltja ki a kukoricaszemből. „Pontosabban mondva, a hirtelen nyomásesés a magban arra serkenti a belsejében található üregeket, hogy úgy viselkedjenek, mint egy akusztikus rezonátor” – mondja Virot és Ponomarenko. Hasonló hatás figyelhető meg egy vulkánkitörés, vagy a pezsgősdugó eldurranásakor is.