На этот вопрос можно ответить одним предложением — потому что в процессе варки изменяется плотность пельменя. Но такой ответ не даёт истинного понимания этого процесса, так что давайте копнём немного глубже.
Почему предметы плавают
Чтобы любой предмет куда-то двигался, на него должна начать действовать сила. На пельмень находящийся в воде действуют две противоположно направленные силы — сила притяжения Земли и сила выталкивания из воды (сила Архимеда). Сила притяжения тянет пельмень вниз, а сила Архимеда тянет вверх. Соответственно, если его сильнее тянут вниз, он тонет. Если сильнее тянут вверх — он всплывает. А если силы уравновешивают друг друга, пельмень никуда не двигается — покоится в толще воды.
На то, на сколько большая будет сила притяжения (с какой силой пельмень тянут вниз) влияет 3 параметра — плотность пельменя (ρ пельменя), ускорение свободного падения (g), и объём пельменя (V пельменя).
Величина силы Архимеда (силы, тянущей пельмень вверх) тоже зависит от 3х параметров — плотность жидкости, в которую погружён пельмень (ρ жидкости); ускорение свободного падения (g); и объём пельменя (V пельменя).
Вы можете заметить, что у силы, тянущей вверх, и у силы, тянущей вниз есть 2 одинаковых параметра — ускорение свободного падения (g) и объём пельменя (V пельменя). Это значит, что эти параметры на соотношение сил не влияют. Например, если объём пельменя увеличится в 10 раз, это увеличит силу притяжения в 10 раз, но и сила Архимеда тоже увеличится в 10 раз, тем самым погасив увеличившуюся силу притяжения.
Значит изменить соотношение сил могут только оставшиеся 2 параметра — плотность воды и плотность пельменя. Если плотность пельменя увеличится, тогда сила притяжения будет сильнее тянуть пельмень вниз, в то время как сила Архимеда, тянущая вверх, останется такой же — плотность пельменя не входит в число параметров, которые могут увеличить или уменьшить её.
Из всего этого можно сделать вывод, что на то, что пельмени всплывают могут повлиять 2 фактора:
- увеличение плотности воды (в этом случае сила Архимеда будет сильнее тянуть вверх) или
- уменьшение плотности пельменя (в этом случае сила притяжения будет тянуть вниз менее интенсивно).
Как можно изменить плотность
Плотность сырых пельменей примерно составляет 1.25 г/см³ ( то есть если бы пельмень был в форме кубика с длиной 1 см, шириной 1 см и высотой 1 см, он бы весил 1.25 г).
Плотность воды при комнатной температуре равна 1 г/см³. При повышении температуры, плотность воды постепенно падает, и при 100°С составляет 0.96 г/см³. А это значит, что в такой воде сила Архимеда, тянущая пельмень вверх, даже меньше, чем до начала нагрева воды. Так что пельменю в данном случае становится ещё труднее всплыть. Значит, причина не в повышении температуры воды.
При готовке пельменей мы обычно солим их. Может быть причина в этом? Солёная вода действительно имеет большую плотность. При комнатной температуре она составляет примерно 1.02 г/см³. А при
100°С — 1 г/см³ (точное значение зависит от того, сколько вы добавили соли — чем больше соли, тем больше плотность воды). Но даже такой плотности не достаточно, чтобы поднять пельмень плотностью 1.25г/см³ на поверхность.
Похоже, остаётся только изменение плотности самого пельменя. Это возможно в том случае, если объём пельменя увеличится, а его масса останется той же. Это возможно в случае если пельмень станет больше, а весить столько же, сколько и до этого. Другой вариант изменения плотности — это если объём останется тем же, а масса уменьшится. Но, руководствуясь жизненным опытом, можно сказать, что первый вариант более реалистичный — в процессе варки пельмени обычно увеличиваются в размерах.
Как можно увеличить объём
Большинство химических веществ в природе под действием высоких температур изменяются. Вещества, из которых состоят пельмени — не исключение. Все ткани животных и человека состоят из белков — сложных молекул с самыми разными функциями. Благодаря белкам сокращаются мышцы (белки «актин» и «миозин»), протекают химические реакции (белки-ферменты), они играют важную роль в иммунном ответе (защите организма от вредных микроорганизмов), и выполняют ещё тысячи важных функций.
Один из самых распространённых белков в организме человека — коллаген. Он в больших количествах содержится в мышцах (мясе), коже, хрящах. Все эти компоненты входят в состав начинки пельменей.
Коллаген внешне похож на канат. Он состоит из трёх плотно упакованных «нитей», которые переплетаются, образуя более толстый «канат». Однако под действием высокой температуры этот канат становится менее плотным. Его «ниточки» перестают плотно прилегать друг к другу, теряют форму нитей. Благодаря этому он начинает занимать больше места — занимать больший объём. При этом количество компонентов, из которых состоит «канат» не изменилось. Они никуда не исчезли, а значит и масса его осталась прежней. Точно так же, если расслабить нити реального каната, и эти нити распушить, то канат будет занимать большее пространство, но вес его не изменится. А значит плотность такого каната станет меньше.
В результате на месте плотных нитей коллагена появляется более рыхлый и менее плотный желатин.
Подобный процесс происходит и с основным компонентом теста — крахмала (это не белок, а сложный углевод — представитель ещё одного важного класса веществ нашего тела). При нагревании крахмал превращается в клейстер, так же имеющий меньшую плотность.
Эти превращения происходят не мгновенно, а в течении длительного времени по мере нагревания воды. Плотность пельменя постепенно уменьшается с 1.25 г/см³. Пока не дойдёт до порогового значения — 1 г/см³. После этого значения сила Архимеда становится сильнее силы притяжения, и пельмень движется вверх.
Если вам есть что дополнить в статье — напишите это в комментариях.
Порванные пельмени тоже всплывают.