Velikonoční téma „vaření vejce“ aneb Jak jste si pustili fyzikální fantazii našpacír

V březnu jsme vám zadali záludnou otázku: Jak uvařit natvrdo vejce uzavřené v termosce se studenou vodou, aniž by se poškodila termoska? Přiznáme se, že ani fyzici v redakční radě neznali jednoznačnou správnou odpověď, proto nás zajímala vaše fantazie a fyzikální intuice. Zde je, a hned v několika provedeních. Vzhledem k obtížnosti dostanou odměnu autoři všech uvedených řešení. Názory čtenářů i odborníků jsou natolik zajímavé, že je citujeme jen v mírně zkráceném znění. Ocenit je třeba nejen technickou stránku navrhovaného řešení, ale i literární úroveň popisu. A pak samozřejmě – ryze vědecký přístup. Bravo!!!

Odpověď poprvé

Počet řešení silně závisí na tom, co chápeme pod výrazy 1) UZAVŘENÉ, 2) TERMOSKA, 3) POŠKODIT, 4) VAŘENÉ VEJCE (já např. vejce do skla neuznávám, ztracená vejce ano). To není hnidopišství. Jestliže bude nádoba zvaná „termoska“ opravdu pevně a vzduchotěsné uzavřená a pokud se jedná o klasickou termosku – dvojitou nádobu z tenkého skla s evakuovaným meziprostorem – pak při zahřátí vody nad bod varu termosku po chvíli roztrhne pára, což by leckdo mohl definovat jako poškození. Ale předpokládejme, že termoska není UZAVŘENA tak festovně, aby nemohla unikat pára.

Mám doma několik TERMOSEK – A) ta nejstarší je celoskleněná, postříbřená, bez obalu, pouze s bakelitovým podstavcem (termoset!), uzavřená korkovým špuntem. Pak B) termosku podobné konstrukce, ale už s obalem z pocínovaného železného plechu. Dále C) termosku z tenkého nerezového plechu s neznámou izolací mezi dvojitými stěnami (nerozřezával jsem ji). Nejblbější a nejmodernější jsou D) celoplastové termosky s izolací z pěnového polyuretanu. Těmi bych začal.

Metoda první: Plastovou termosku s vejcetem šoupneme do mikrovlnky a pokud to nepřeženeme a po ovaření necháme pomalu vychladit, nemusí nám ani příliš změknout a tudíž se zdeformovat (plastová termoska, ne vejce).

Metoda druhá, elektrolytická, vhodná pro klasickou termosku s korkovým špuntem a některé čínské výrobky s plastovou zátkou se závitem, přerušeným dvěma svislými drážkami pro odvod páry: Mezi hrdlo a zátku opatrně vtlačíme dva delší naostřené dráty z pružné chirurgické oceli. (Elektrotechničtí bezpečáci ať dál nečtou.) Pomocí dvou izolovaných vodičů, zakončených na jedné straně banánkem a na druhé krokodýlkem do nich přivedeme síťové napětí. Není-li naším zvykem vařit si vajíčka v destilované vodě, dočkáme se i přes poměrně malou plochu elektrod zanedlouho varu vody.

Metoda třetí – univerzální.

Žádná termoska není dokonale tepelně izolovaná, což zjistíme tak, že třetí den už čaj do ní nalitý vystydne. Toho lze využít i opačně: Termosku umístíme do prostředí s co nejvyšší teplotou, která ji ještě nepoškodí. Tedy teplovzdušný sterilizátor, pečící trouba nastavená na cca 110 °C, hrnec s horkým glycerinem a jdeme spát. Ráno, případně druhý, maximálně třetí den je vejce uvařené domodra. Oloupat, vyhodit! (Nebo sníst?)

Čtvrtá metoda – ekologická. Jde o modifikaci metody třetí. Termosku obalíme tenkou černou teflonovou fólií a umístíme do ohniska parabolického reflektoru ze starého deštníku, vylepeného alobalem. Zaměříme na slunce a každých deset minut upravujeme polohu. Do večera by vejce mohlo být vařené. Ne-li, hřejeme termosku pro snížení tepelných ztrát do ranního kuropění mezi ňadry. Nemáme-li ňadra, požádáme o totéž svou dívku. Nemá-li ňadra ani ona, umístíme do rána termosku mezi dívku a sebe a pevně tiskneme. Neseženeme-li dívku, použijeme... Určitě vás něco napadne, třeba tučňáka nebo fůru kvasící chlévské mrvy.

Pátá metoda – kavitační. Na plášť termosky umístíme vhodný ultrazvukový měnič, s výhodou z průmyslové ultrazvukové čističky. Pozor na levnější měniče, které nesnesou vyšší teplotu. Přes stěny se ultrazvuk přenáší na vodu a vejce. Teplota stoupá, vejce se vaří.

Šestá metoda – vhodná pro lovce mamutů, znalých Newtona. Využívá inerce, turbulentního proudění a vnitřního tření v kapalině.

Termosku umístíme svisle do držáku, opatřeného patním ložiskem. Na uzávěr připevníme přesně v ose tyčku. Ovineme tětivou luku a vrtíme, jako když chceme rozdělat oheň. Termoska rotuje kolem vody, která má snahu zůstat v klidu, což se jí daří jen částečně. Nicméně se tře. Voda se tře o vodu, o termosku i o vejce. Vzhledem k rychlému střídání směru pohybu se značná část kinetické energie při akceleraci a deceleraci mění v teplo.

Metoda sedmá – maslóstroj – totéž v horizontální variantě. Viz máselnice, soudek na stloukání másla. Únavné. Doporučuji doplnit o elektrický pohon při zachování vratného pohybu. Poznámka – v zadání je, že vejce má být vařené, nikoli celé, což umožňuje příp. urychlení procesu vaření – ale není podmínkou.

Osmá až jedenáctá metoda – nabízí se pár triviálních nápadů, např. ohřev na principu magnetohydrodynamického generátoru, využití svazku neutronů a podobně.

I když, přiznám se, chtěl jsem se původně věnovat způsobu vaření vajíček pomocí studené termojaderné fúze. Ale při mé smůle by byl můj nápad použit k humanitárnímu bombardování a nějaký čecháček s vejcema by mě navrhl na Nobelovu cenu míru.

A tu ostudu bych fakt nepřežil...

Srdečně zdraví

Ondřej Čížek, Jindřichův Hradec

Odpověď podruhé

Jakožto jaderného chemika mne nenapadlo jiné řešení, než ho „usmažit” proudem neutronů v cyklotronu, už při nějakých 45 °C dojde k denaturaci bílkovin (podpořené částečně srážkami neutronů s nimi), což při dostatečně dlouhém působení povede k „uvaření” vejce natvrdo, podobně jako když ho vaříte zahrabané do písku na slunci. Možná by to šlo i nějakými elektromagnetickými indukčními proudy.

Vlastně – už to mám, jak primitivní! Strčíte termosku do velkého hrnce s vodou a „vaříte”, až se vejce uvaří. Žádná termoska přece neizoluje 100%, a když vodu v hrnci nebudete vařit (stačí třeba 80 °C), aby nezačala vařit i voda v termosce (pak by mohla prasknout), tak se určitě časem vejce uvaří.

Ing. Bílek, chemik

Názor experta č. 1

Nejsem si moc jistý. Ty neutrony jsou poměrně extravagantní (ale co je to na dnešní dobu...) a „uvaření termosky” zavání „chytákem”; protože to jaksi uhýbá z mlčky dohodnutých pravidel, že termoska je něco, co drží teplo. To bychom taky měli podotknout, že v té vodě na dně není ampule nehašeného vápna, jejímž rozbitím se ohřeje voda natolik, že apod.

Viděl bych to takhle: Uvařit vejce = podržet ho dejme tomu 10 minut na teplotě 90 °C. Jak tuto teplotu dosáhnout uvnitř vejcete (viz Haškovy povídky), když je kolem (původně) studená voda a ještě kolem ní celkem křehká termoska? (Kdyby tam aspoň bylo řečeno, že je to zcela konkrétní výrobek č. 67884 firmy XY, tak by odpověď mohla být „držte ji 200 hodin v sušárně s teplotou 150 °C, tím se dosáhne uvnitř teplota vody v termoste 90,7 °C” byla plně korektní. Termoska an sich je ale něco jako „nakloněná rovina”, a taky neuvažuju, že není nekonečně dlouhá, že má určitou pevnost a pružnost materiálu apod.). Tedy znova: jak do vejcete uvnitř termosce zvenčí vecpat energii – jakou cestou, aby se tam pohltila, a zvýšila na dostatečně dlouhou dobu teplotu na dostatečně vysokou hodnotu, aniž by předtím byla poničila termosku? (Např. ohřátí pádem z výšky 5000 m na zem není povoleno.)

Asi by řešení mohla být tato:

1) Budu-li třepat termoskou dostatečně dlouho (abych dodal dostatečnou energii) a přitom dostatečně jemně (aby se mechanicky nerozbila skořápka vajíčka ani termoska sama), pak dodaná mechanická energie ohřeje vodu na teplotu postačující k uvaření vajíčka. Pro odhad doby: dejme tomu, že termoska je uvnitř 15 cm vysoká, má vnitřní průřez 50 cm², je naplněná vodou do půlky a vejce je tam obalené (mokrou) vatou proti rozbití, pak se tam celkové množství cca 350 g vody (s redukcí na objem vejcete) přesmykuje o 7,5 cm v gravitačním poli Země o zrychlení 10 m/s². Při každém přesmyknutí se tedy promrhá mechanická energie E=? J, což vede při známém měrném teple vody ke zvýšení teploty o T=? °C na každý pohyb nahoru+dolů.

2) Mikrovlnka dokáže i přes postříbření vnitřní skleněné stěny dopravit do původně studené vody dostatečné množství energie na její vyhřátí na těch 90°C, a tím i vejcete do ní vloženého.

3) Proud neutronů sice ve vodě pružnými srážkami ztratí, co se dá, ale snad něco zbyde, aby to buďto degradovalo (roztrháním vazeb a event. následným sesíťováním, ale to by měl říct nějaký radiochemik) bílkovinu v tom vajíčku, anebo rovnou termicky pohlcením ve žloutku i v bílku ohřálo i to vajíčko. A taky by to chtělo radiobiochemika, zda takto degradovaný bílek a žloutek jsou ještě jedlé či zda tím vzniknou mrtvolné jedy ptomainy nebo něco na ten způsob.

4) A úplně nakonec, pro obveselení, vždyť ani ta termoska nemůže být dokonalá, takže kdybychom ji dost dlouho vařili ve vodě atd...

Jan Obdržálek, Praha

Názor experta č. 2

Já bych asi napočetl Braggovu křivku (předtím x-ray snímkováním zjistit, kde vajíčko přesně je), zkusil určit efektivní energii protonů (nebo ještě lépe iontů ¹²C - ty mají velmi úzký braggovský pík – jsou proto velkou nadějí v radioterapii) a dostatečně silnou intenzitou bych to ozařoval dostatečně dlouhou dobu – bohužel nemám teď sílu počítat jak dlouho by to trvalo a jaká intenzita by byla potřeba.

P. S. Samozřejmě, že metoda „vaření” v hrnci je asi nepoměrně levnější - je ale potřeba vypočítat jakou teplotu by měla mít okolní voda, aby ve vajíčku bylo těch 95 °C – tepelný odpor termosky teplotu vevnitř hodně potlačí vůči teplotě vody v hrnci, takže jsem skeptik, že bude stačit jen vařit v normální vroucí vodě...

Karel Klatovský, Praha, Brno

Odpověď potřetí

Pri predpoklade, že je termoska vyrobená z dvoch sklenených baniek a medzi nimi je vakuum, napadajú ma dve možnosti ohrevu.

1) mikrovlnami, ktoré cez sklo (i plast obalu) bezproblémovo prechádzajú, no vodou sú pohlcované, čím ju zohrievajú a teda je možne vajce uvarit, alebo

2) indukčným ohrevom, kde by „sekundar” tvorila voda a vajce. Voda je sice zlý vodič, ale pri dostatočnom prúde prechádzajúcim primarnou cievkou by to ist mohlo.

Bod 2 by bol výrazne účinnejší, keby vnútorne telo termosky bolo vyrobené z vodivého materiálu.

Taktiež by musela byt termoska dostatočne robustná, aby vydržala tlak pary pri zohrievaní. Jedine že by nebola úplne uzavretá.

Miro Suský, Bratislava

Odpověď čtvrtá

V otázce jsem hledal nějakou záludnost, nějaké hodně fyzikálně vznesené řešení popsané jevem, pojmenovaným po nějakém fyzikovi (např. Manjavacasův jev :-)).

Pak mě napadlo něco s tlakem, kdy při mizivém tlaku, např. ve vývěvě, může voda vřít již při pokojové teplotě - to ale bude mít pořád pokojovou teplotu - takže nic, protože aby se vajco uvařilo natvrdo, potřebuje předat teplo, čili potřebujeme vodu o teplotě aspoň 70 °C po dobu aspoň 7 minut.

Druhá oblast uvažování bylo strčit termosku do mikrovlnky, ale to by se asi rozbila, stříbrně lesklé povrchy by jiskřily odrážejíc mikrovlny zpět a jak známo, vajíčko strčené do mikrovlnky jen tak exploduje, takže jsem i mikrovlnku zamítl.

Třetí možnost, kterou jsem také prakticky neověřoval, bylo připojení termosky do elektrického obvodu jako elektronku. Vnější část pláště by byla zahřívána (žhavení by muselo být dostatečně velké, aby došlo k tepelné emisi elektronů a ty vyskakovaly do vakua – proto by bylo dobré mít vakuum i kolem celé termosky, aby emitující elektrony jen nezahřívaly vzduch okolo) jako záporná elektroda. Vnitřní by byla kladná elektroda. V této chvíli by vnitřní stěna termosky vedla elektricky proud a vydávala teplo, které by zahřívalo vodu a ta pak vejce v ní. Teoreticky by to šlo; jak velké napětí na vstupu by muselo být, abychom vejce uvařili a nezničili přitom termosku, bohužel nevím... :-)

Přitom vlastně první věc, která mě napadla, a kterou jsem pro jednoduchost zamítl, bylo, že termoska, přesto, že je stěna z vakua, tak není ideální nevodič. Tepelné vedení se přenáší zátkou, ale i vakuum v termoskách zřejmě není ideální, a tudíž obsahuje kmitající částice přenášející energii. Vše potřebné pro zahřátí vody nad 70 °C je přísun tepla k termosce po dostatečně dlouhou dobu. Prakticky by to šlo buď vařením celé termosky ve vodě, nebo na páře. Jak dlouho? Čerstvě uvařená voda v termosce při pokojové teplotě bude postupně klesat na teplotu blízkou pokojové teplotě řekněme cca 24 hodin (záleží na objemu termosky). To znamená, že opačným směrem přenosu tepla bychom potřebovali podobně dlouhý čas.

Michal Ernekr, Příbor