Строго вверх: почему пузырьки в шампанском двигаются не так, как в газировке
Физик университета Браун Роберто Зенит изучает гидродинамику и связывает свои исследования с повседневными явлениями, например, с пузырьками в шампанском. Он обнаружил, что молекулы поверхностно-активного вещества покрывают пузырьки шампанского и способствуют большему завихрению, тем самым создавая устойчивые вертикальные цепочки, в отличие от других газированных напитков, где поток поднимающихся пузырьков более хаотичный.
Гидродинамическое взаимодействие
Карбонизация - это увлекательный физический процесс. Шипение шампанского возникает из-за образования пузырьков на стенках бокала. Как только пузырьки отделяются от места зарождения, они растут, поднимаясь к поверхности жидкости, где лопаются. Этот процесс обычно длится несколько миллисекунд. При лопании пузырьков издается характерный треск. Пузырьки «звенят» на определенных резонансных частотах, которые зависят от их размера.
В 2021 году физики из Сорбоннского университета в Париже исследовали связь между гидродинамикой лопающихся пузырьков и звуками, которые издаются при лопании. Они установили, что звук совпадает с разрывом пузырька при приближении к поверхности, но часть пузырька при этом остается погруженной в жидкость и генерирует акустические колебания на границе жидкость-газ. Частота этих колебаний зависит от диаметра отверстия в пузырьке и объема жидкости и газа в стакане. Чем больше пузырек, тем больше ароматических соединений выбрасывается в воздух над стеклом.
Визуализация процесса
Браун Роберто Зенит изучал динамику пузырьков разных газированных напитков, таких как шампанское и испанское игристое вино. Он использовал стеклянные капиллярные трубки и прямоугольные контейнеры из плексигласа, чтобы исследовать устойчивость цепочек пузырьков в шампанском.
Используя иглу на дне, исследователь создавал различные виды цепочек пузырьков, добавляя поверхностно-активные вещества и увеличивая размер пузырьков путем увеличения диаметра иглы, используемой для нагнетания газа. Кроме того, он сделал компьютерное моделирование, чтобы рассчитать количество поверхностно-активных веществ, попадающих в пузырьки газа, вес пузырьков и точную скорость их подъема.
Результаты исследований
Исследование показало, что при сохранении фиксированного размера пузырьков добавление поверхностно-активных веществ приводит к созданию стабильных цепочек пузырьков. Увеличение размера пузырьков, даже без добавления поверхностно-активных веществ, создает след, похожий на след от пузырьков шампанского. Молекулы поверхностно-активного вещества имеют две стороны: одна сторона прикрепляется к воздуху, а другая - к жидкости, поэтому они способствуют формированию устойчивых цепочек пузырьков.
Этот основной принцип в науке может быть применим в различных отраслях промышленности, использующих технологии перемешивания с использованием пузырьков, например, в аэрационных установках на водоочистных сооружениях.