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数学家教你烤肉饼:按最佳时机翻面可节省近1/3烹饪时间

时间:2022-8-22 19:49 0 415 | 复制链接 |

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万博 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

不得了!现在连烤个肉饼都需要数学加持了。
最近,一位等离子体物理学博士用三大偏微分方程中的热方程(The Heat Equation)证明:
在烤肉的过程中,多次反转肉饼使其两面多次加热,可以加快肉饼烤制的速度,最佳策略下能节省29%的烹饪时间
而且,翻转肉饼的最佳时机也暗藏玄机:
前几次翻转间隔时间要大概一致,而最后一次,则需要等久一点再翻面。
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相关论文已上传到arXiv上。
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这个方法要是被汉堡大户KFC们知道了,还不笑开花?
不仅节省燃料成本,出菜速度也提上来了,妥妥降本增效小妙招啊。
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不过,也有网友表示,一般情况下我都会遵从科学指示,不过吃这件事上还是烤肉的品质更重要:
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还有网友表示,想拿着这篇论文去应聘汉堡王的大厨了:
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多次翻面烤肉熟得快
在此之前,科学食品作家哈罗德-麦基(Harold McGee)已经提出:
  

    如果在烤肉的过程中,通过多次快速翻转肉饼,就能让肉饼的两面同时加热,这种操作相比烤完一面再烤另一面的常规烹饪方式,烹饪时间更短。

但是这种猜想,并没有在理论层面进行证实。
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于是,来自威斯康星大学麦迪逊分校的数学家:让-吕克-蒂菲奥特(Jean-Luc Thiffeault),用一个基于热方程的数学模型,让这一猜想得到实锤。
整个证明过程,是这样的:
首先,蒂菲奥特设想了一个场景:
对一个厚度为1厘米,面积无限大的肉饼进行烤制,温度设定为200⁰C。
烤制过程中,肉饼的厚度设定为z˜=0到z˜=L,温度变化满足热方程Te t˜= κTez˜z˜,0 ‹ z ‹ L,˜ t >˜ 0。
方程的初始条件为Te(˜z, 0) = Te0(˜z),边界设定为牛顿冷却定律− k Tez˜(0,t˜) = h˜ 0 (TH − Te(0,t˜)), k Tez˜(L,t˜) = h˜ 1 (TC − Te(L,t˜)。
(这里的热方程理论,是19世纪由约瑟夫·傅立叶提出的,主要作用是模拟热定在给定区域的扩散过程。)
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当肉饼加热到70⁰C度时,证明肉饼可以出炉了。
之后,在满足上述模型和设定条件下,蒂菲奥特模拟了肉饼只翻动一次和多次翻动情境下的烤制时间。
结果表明,烤制过程中多次翻动肉饼,的确可以达到类似同时双面烤制的效果,大大缩短烤制的时间。
将翻面时的受热状况用图表示出来就是这样的:
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麦基的猜想得到证实,接下来的一个问题就是:
如何翻转肉饼时间才是最短的?
蒂菲奥特模拟不同的翻转次数和翻转的间隔时间,同时用数学软件MATLAB对模拟过程进行了优化。
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通过不断调整翻转次数和间隔时间,蒂菲奥特有了3大发现:
首先,在最优翻转次数——20次——情况下,最佳烹饪时间趋近于63秒,而单次翻转时间为80.5秒,相比之下可以将烤制时间减少29%
其次,烤制时间的数值曲线表明,随着翻转次数的增加,烤制时间优化水平会逐渐收敛
也就是说,随着翻转次数的增加,对于烤制时间的优化效应会逐渐减少,无论翻转次数如何增加,最多也只能节省29%的烤制时间。
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最后,蒂菲奥特表示,烤制肉饼时翻转的间隔时间也有秘诀:
从函数曲线来看,前面若干次的翻转间隔时间应该大致相同,到了最后一次翻转时,间隔时间应该长一点,这样更有利于热量在肉饼中扩散。
总结一下就是,想要烤肉熟得快,翻个20次也就够了,最后一次翻转的时候,记得时间间隔长一点。
各位看官,学会了吗?
论文作者介绍
这位教人烤肉的数学家让-吕克-蒂菲奥特(Jean-Luc Thiffeault),等离子体物理学博士,现任威斯康星大学麦迪逊分校的应用数学教授。
研究领域主要涉及应用数学以及流体动力学等。
迄今为止,在相关领域发表155部著作,被引用超过2500次。
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[1]https://arxiv.org/pdf/2206.13900.pdf
[2]https://www.discovermagazine.com/the-sciences/how-mathematics-solved-the-burger-flipping-problem
— 完 —


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