Come la matematica ha risolto il problema del lancio di hamburger

Uno dei rami di ricerca purtroppo più trascurati è la scienza del lancio di hamburger. Durante i mesi del barbecue, un enigma chiave per i più inclini alla gastronomia è se un hamburger capovolto molte volte cuoce più velocemente di uno capovolto solo una volta. E se sì, quanti lanci è l’ideale?

Oggi, abbiamo una risposta a questa importante domanda grazie al lavoro di Jean-Luc Thiffeault, un matematico dell’Università del Wisconsin a Madison. Thiffeault ha creato un modello matematico per capovolgere gli hamburger che porta a un’intuizione cruciale che dovrebbe consentire di cucinare gli hamburger il 29% più rapidamente.

Il modello di Thiffeault è relativamente semplice. Presuppone un hamburger piatto dello spessore di un centimetro ma di estensione infinita (in matematica, i sogni possono diventare realtà). Il modello include un elemento riscaldante su un lato dell’hamburger con aria fresca sull’altro.

Il calore entra nell’hamburger attraverso il contatto diretto con l’elemento riscaldante a 200 ⁰C, dove il coefficiente di scambio termico da contatto è di 900 Watt per metro quadrato per grado centigrado, apparentemente un valore sperimentale ragionevole.

Fuga dal caldo

Il calore fuoriesce dall’hamburger sul lato esposto all’aria a 25 ⁰C, dove il coefficiente di irraggiamento e scambio termico è di 60 Watt per metro quadrato per grado centigrado.

La carne si considera cotta quando raggiunge una temperatura di 70 ⁰C quindi una parte importante del calcolo è determinare la temperatura della carne al centro del tortino. Nota che la cronologia della temperatura in ogni punto dell’hamburger è importante. Come sottolinea Thiffeault, la carne cotta può raffreddarsi ma non può “scuocere”.

Tutto questo permette a Thiffeault di calcolare quanto tempo ci vuole per cucinare un hamburger. Inizia con il caso in cui l’hamburger non viene capovolto, un processo che secondo lui può richiedere per sempre.

Quindi cosa succede quando l’hamburger viene capovolto? Un’idea avanzata dal famoso autore di cibo scientifico Harold McGee è che più velocemente viene girato un hamburger, più le condizioni di cottura si avvicinano a un hamburger che viene riscaldato su entrambi i lati contemporaneamente. Quindi girare un hamburger molte volte, ha suggerito McGee, dovrebbe accelerare il processo di cottura. Ma è vero?

Thiffeault mette alla prova questa teoria simulando la velocità di cottura per diversi numeri di lanci, variando l’intervallo tra i lanci. Quindi utilizza il software di matematica MATLAB per ottimizzare il processo.

Si scopre che per un singolo lancio il tempo ottimale per il primo intervallo è solo il 45% del totale e rappresenta solo il 29% della cottura. Il resto si fa durante il secondo intervallo, in particolare verso la fine quando si verifica un improvviso aumento della percentuale di carne cotta. Questo è probabilmente il risultato del tempo impiegato dal calore da entrambi gli intervalli per diffondersi attraverso la carne.

Questa diffusione ha importanti implicazioni per un maggior numero di lanci. Si scopre che per tempi di cottura ottimali, gli intervalli di capovolgimento dovrebbero essere all’incirca della stessa lunghezza, tranne l’ultimo, che dovrebbe essere più lungo per consentire la diffusione.

Ma all’aumentare del numero di lanci, i miglioramenti nel tempo di cottura si riducono. In effetti, Thiffeault afferma che si avvicinano a un asintoto suggerendo che più lanci possono, nella migliore delle ipotesi, cuocere gli hamburger il 29% più rapidamente di un singolo lancio. “Il miglioramento del tempo di cottura ottimale è abbastanza marginale dopo alcuni capovolgimenti”, dice, dedicando il suo lavoro al matematico Charlie Doering, scomparso nel 2021.

Quindi la risposta alla domanda “quante volte dovresti girare un hamburger per ottimizzarne il tempo di cottura?” è: un paio di volte!

Miglioramenti al ribaltamento

Per le tante persone che gireranno solo due o tre volte, Thiffeault offre un consiglio in più: “La forma della funzione del tempo di cottura per due e tre lanci suggerisce che è meglio peccare sul lato della cottura un po’ più a lungo per ogni volta, poiché un intervallo più breve porta a un tempo di cottura più lungo.

Questo può sembrare piuttosto esoterico, ma può avere un’applicazione importante. Per la maggior parte delle persone, essere in grado di cucinare un hamburger il 29% più velocemente probabilmente non farà molta differenza. Ma se cucini 6,5 milioni, come fa un’azienda come McDonald’s ogni giorno, accorciare i tempi di cottura di un terzo potrebbe far risparmiare molta energia e il relativo carbonio.

Quindi è un lavoro interessante, ma ci sono vari modi in cui il modello potrebbe essere migliorato. Mentre cuoce, l’umidità e il contenuto di grassi dell’hamburger cambieranno: un modello più avanzato potrebbe spiegarlo.

Poi c’è la possibilità di introdurre una temperatura massima e come possibilità che cambierebbe i calcoli. Per molte pinne da patty, un esito sfortunato da evitare a tutti i costi è un hamburger che viene bruciato all’esterno ma crudo all’interno.

Il ribaltamento multiplo aiuta? Probabilmente. Ma per essere sicuri, Thiffeault ha chiaramente più lavoro da fare.


Rif: La matematica del lancio di hamburger: arxiv.org/abs/2206.13900

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