Французские и американские ученые рассмотрели два способа того, как поднимаются пузырьки в газированных напитках: по прямой линии (стабильный), и отклоняющийся от нее (нестабильный). Они обнаружили, что на это влияет концентрация поверхностно-активных веществ и размер пузырьков. Как ни странно, исследование поможет в разработке новых водоочистительных сооружений. Статья опубликована в журнале Physical Review Fluids.
Многие люди любят пить шампанское именно из-за пузырьков, которые раскрывают его вкус и аромат. Если приглядеться, то можно заметить, что пузырьки газа шампанского быстро поднимаются наверх в один ряд, образуя непрерывную прямую линию. Таким же образом «растут» пузырьки в игристом вине. Однако в прочих газированных напитках, таких как пиво или сладкая газировка, пузырьки газа отклоняются от прямой траектории в сторону, создавая впечатление, будто бы несколько пузырьков поднимается одновременно. Французские и американские ученые провели исследование, чтобы выяснить, почему возникает такая разница.
Чтобы понять, почему в одних напитках пузырьки «слипаются» в одну прямую линию, а в других движутся по наклонной траектории, исследователи сперва должны были узнать, что делает цепочки пузырьков стабильными. Для этого ученые провели простой эксперимент: наливали в стакан газированные напитки. Они использовали газированную воду Pellegrino, пиво Tecate, шампанское Charles de Cazanove и испанский брют. Затем ученые наполнили небольшой прямоугольный контейнер из органического стекла жидкостью и вставили иглу в дно, чтобы так накачивать газ для создания различных видов цепочек из пузырьков. Исследователи решили добавить в эту жидкость поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые снижают поверхностное натяжение. Затем они наблюдали за процессом.
Оказалось, что ПАВ делают пузырьки газа стабильными: они помогают уменьшить напряжение между жидкостью и пузырьками газа, обеспечивая плавный подъем наверх. «Дело в том, что в шампанском ПАВ выступают как примеси, но при этом являются полезными. Именно эти белковые молекулы, которые стабилизируют пузырьки газа, придают напитку уникальный вкус», — рассказал Роберто Зенит из Брауновского университета, первый автор статьи. Действительно, сомелье согласны, что пузырьки влияют на характеристики шампанского. А вот пиво, к примеру, тоже содержит поверхностно-активные вещества, но в зависимости от сорта их концентрация может варьироваться. Поэтому разное пиво пузырится по-разному. Напротив, пузырьки в газированной воде всегда нестабильны, поскольку в воде не содержится примесей. Эксперименты также показали, что если пузырьки увеличиваются, то они становятся стабильными даже без ПАВ. Чтобы оценить влияние количества поверхностно-активных веществ, веса пузырьков и их скорости, ученые использовали компьютерное моделирование.
«Наш главный план состоит в том, чтобы заставить людей понять, что гидромеханика важна в их повседневной жизни», — подытожил Роберто Зенит. Полученные данные расширяют наши знания о механике жидкости и помогут понять механизм образования кластеров в пузырьковых потоках. Благодаря этому работают, например, аэротенки — водоочистительные сооружения. Для совершенствования аэротенков необходимо знать, как именно появляются пузырьки газа и как они будут скапливаться. Вдобавок к этому исследование в перспективе поможет объяснить, как метан и углекислый газ поднимаются со дна океана.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
