E43 Fraktur Kortex

Thema

Das Brechen der Kruste von Brot, Keksen, Chips oder Schokoriegeln beschreibt, wie dieses spröde Material unter Belastung bricht. Laut Griffiths Bruchmechanik beginnt jeder Bruch dieser Kruste an einer Fehlstelle, wie einem Riss, einer Pore oder einer Spalte. Von dieser Fehlstelle aus breitet sich der Riss aus, sobald die beim Brechen freigesetzte elastische Energie die zur Bildung der Bruchfläche benötigte Oberflächenenergie übersteigt. Eine stärkere Fehlstelle in der Kruste führt dazu, dass sich der Riss mit weniger freigesetzter elastischer Energie ausbreitet.

Der Spannungsintensitätsfaktor dieser Kruste quantifiziert die Spannungskonzentration an der Rissspitze. Dieser Faktor steigt sowohl mit der angelegten Spannung als auch mit der Quadratwurzel der Rissgröße. Erreicht der Spannungsintensitätsfaktor den kritischen Wert für die Bruchzähigkeit der Kruste, breitet sich der Riss spontan aus. Je größer der Riss in der Kruste oder je höher die angelegte Spannung ist, desto schneller erreicht die Spannungsintensität die Bruchzähigkeit.

Eine knusprige Kruste weist eine geringe Bruchzähigkeit auf, typisch für ein sprödes Material: Sie bricht mit geringer Freisetzung elastischer Energie, und der Riss breitet sich schnell aus, wodurch das charakteristische Knackgeräusch beim Hineinbeißen entsteht. Eine feuchte Kruste hingegen besitzt eine höhere Bruchzähigkeit, da das Wasser das Stärke- und Glutennetzwerk der feuchten Kruste plastifiziert, zusätzliche elastische Energie absorbiert und so die Rissausbreitung im Vergleich zu einer knusprigen Kruste einschränkt. Nimmt die Kruste mehr Wasser auf, erhöht sich ihre Bruchzähigkeit, und sie verliert folglich ihre Knusprigkeit.

Der Biegemodul dieser Kruste, gemessen im Dreipunkt-Biegeversuch, ist das Standardmaß für die Bruchfestigkeit von Backwaren und Keksen und korreliert gut mit der sensorischen Wahrnehmung ihrer Knusprigkeit: Ein hoher Biegemodul in Kombination mit einer geringen Bruchenergie – der gleichen Bruchenergie, die bereits in einem anderen Modell dieser Reihe ermittelt wurde – deutet auf eine spröde und knusprige Kruste hin. Diese Kombination aus hohem Biegemodul und geringer Bruchenergie führt zu einer Kruste, die beim Hineinbeißen folglich knuspriger ist.

Dieses Modell mit seiner spezifischen Spannungsintensität und Bruchzähigkeit wird daher letztlich durch die Geschwindigkeit der Rissausbreitung in der Erdkruste bestimmt. Ein sich schnell ausbreitender Riss erzeugt ein hochfrequentes Geräusch, das beim Zubeißen als knirschend wahrgenommen wird. In einer weichen Kruste breitet sich derselbe Riss hingegen langsam aus und erzeugt somit kein wahrnehmbares Geräusch. Die höhere Sprödigkeit dieser Kruste und ihre geringere Bruchzähigkeit führen zu einer schnelleren Rissausbreitung und damit zu einem höheren und deutlicheren Knirschen beim Zubeißen.

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