Шнобелевская премия
цепочки, пузырьки, бокалы
Омер Атаси (Omer Atasi)
Омер Атаси (Omer Atasi)
Доминик Лежандр (Dominique Legendre)
Доминик Лежандр (Dominique Legendre)
Митхун Рависанкар (Mithun Ravisankar)
Митхун Рависанкар (Mithun Ravisankar)
Роберто Зенит (Roberto Zenit)
Роберто Зенит (Roberto Zenit)











Вкус и запах - не единственные сенсорные характеристики шампанского



поверхностно-активные вещества контролируют стабильность цепочек пузырьков

Омер Атаси (Omer Atasi), Доминик Лежандр (Dominique Legendre), Университет Тулузы, Франция, Митхун Рависанкар (Mithun Ravisankar), Роберто Зенит (Roberto Zenit), Университет Брауна, США, напечатали работу "Наличие поверхностно-активных веществ контролирует стабильность цепочек пузырьков в газированных напитках", Phys. Rev. Fluids 8, 3 мая 2023. В шампанском четко наблюдаются вереницы шариков, представляющие собой почти прямую линию от микроскопических центров образования, из которых они непрерывно появляются. Цепочки баблов в высоком бокале, дополняют эстетический эффект - красота и визуальное удовлетворение от наблюдения за пузырьками.

В других напитках, таких как газировка, пиво, нитки пузырей не являются прямыми. С учетом парных взаимодействий для сферических чистых пузырьков цепочки не должны быть устойчивыми. Целью работы является объяснение условий стабильности этих объектов. Они есть и в газированных напитках, не только в шампанском. Образуются при выделении избытка углекислого газа из перенасыщенной жидкости. Условие пересыщения легко достигается, поскольку давление при розливе выше атмосферного и в жидкости можно растворить больше газа. Как только пузырек достигает определенного критического размера, при котором плавучесть преодолевает силу поверхностного натяжения, удерживающую его на месте, пузырь начинает свободно всплывать. Вереницы образуются по мере того, как шарики постоянно образуются в определенном месте.

Сразу же после того, как пузырь был вытеснен, должен сформироваться новый. Этот процесс продолжается в течение нескольких минут, пока большая часть растворенного газа не выйдет из раствора. Скорость подъема пузырьков в жидкости зависит от их размера и свойств жидкости. Достигнув поверхности жидкости, газ ненадолго остается на ней, пока пленка жидкости стекает. Когда пленка жидкости становится достаточно тонкой, она самопроизвольно взрывается с характерным звуком и образует капли аэрозоля. Все эти процессы превращают стакан газированной жидкости в лабораторию двухфазных течений со сложными физико-химическими процессами.

Исследование сосредоточено на стабильности цепочек: поскольку зародыши формируются последовательно из одного и того же места зарождения. Должны ли они оставаться на одной линии или нет? Стабильное линейное движение обычно наблюдается в шампанском и других газированных винах, но следует ли ожидать этого, учитывая гидродинамические взаимодействия между бублами? Возмущение потока, создаваемое движением восходящего одиночного пузырька, будет оказывать определенное влияние на следующий, движущийся позади. Природа гидродинамических взаимодействий между ними определяет, будут ли образовываться кластеры, которые, в свою очередь, сильно влияют на уровни перемешивания и пузырьковых потоков.

Для этого проводятся эксперименты и прямое численное моделирование. Размер пузырьков, а также уровень загрязнения интерфейса варьируются, чтобы соответствовать диапазону параметров типичных напитков. Показано, что оба фактора влияют на стабильность ниток газовых бусинок. Моделирование показало, что взаимодействие между двумя пузырьками в инерционном режиме полно тонкостей. Авторы утверждают, что стабильность возможна только в том случае, если подъемная сила, действующая на замыкающий пузырь, меняет знак. Тогда пузырьки останутся на одной линии, несмотря на небольшие возмущения.

Были измерены плотность, поверхностное натяжение и вязкость воды (газированная вода Pellegrino), светлого пива (Tecate, 4,5% этанола), игристого вина (Segura Viudas Brut, 12,5% этанола) и шампанского (Charles de Cazanove, 12% этанола). с использованием пикнометра (25 мл), тензиометра (BPT Mobile, KRUSS) и реометра (ARES-G2). Напитки дегазировали перед испытанием, выдерживая в условиях легкого вакуума (1 мбар) в течение 1 часа.

Эксперименты проводились в прямоугольном резервуаре из плексигласа 50х50х400мм3. На дно бака через самовосстанавливающуюся резиновую пробку вставляли иглу. Для получения пузырьков разных размеров (0,16 мм, 0,26 мм и 1,55 мм) использовали иглы с тупыми краями 3 различных внутренних диаметров. В иглу вводили воздух с помощью шприцевого насоса, учитывая скорость потока в диапазоне от 1 до 10 мл/мин.

Проведена серия экспериментов с настоящей газированной водой, пивом, игристым вином и настоящим шампанским, учитывая размеры пузырьков, аналогичные наблюдаемым в газированных жидкостях. Использовали стеклянный капилляр, который нагревали и растягивали до очень маленького внутреннего диаметра, в котором образовывались шары. Боковое рассеивание пузырьков от места образования свидетельствует о неустойчивости этих цепочек.

По мере увеличения расхода газа увеличивается частота пузырьков и, в свою очередь, уменьшается расстояние между ними. Боковое движение появляется тем раньше, чем меньше расстояние между газовыми сгустками. Это ожидаемо, так как гидродинамическое взаимодействие сильнее на более коротких расстояниях. Чтобы выяснить причину наблюдаемого нестабильного поведения ниток бусинок, провели два типа экспериментов.

Во-первых, размер шариков был увеличен с учетом той же чистотой жидкости за счет изменения размера капилляра, через который образуются пузырьки. В этом случае цепочка нестабильна для небольших размеров, но переходит в устойчивое линейное поведение вереницы для больших пузырьков. Во втором эксперименте сохранили относительно фиксированный размер пузырьков, используя ту же капиллярную трубку. Но в этом случае постепенно добавляли поверхностно-активное вещество (додецилсульфат натрия), чтобы увеличить загрязнение поверхности. По мере увеличения количества натрия цепочки пузырьков из неустойчивых становятся устойчивыми. Эксперименты для других скоростей потока показывают такое же поведение. Эти 2 эксперимента ясно показывают, что есть 2 возможности стабилизировать цепочку пузырьков.

05.05.2023

Комментарий:




Шнобелевская премия - 2000 - мир

Премия мира досталась Британскому королевскому флоту. На одном из учебных кораблей во время учений орудия теперь молчат. Зато моряки хором скандируют «Ба-бах». Таким образом, за счет не использованных боеприпасов получается экономия свыше миллиона фунтов
подробнее

Шнобелевская премия 2018 репродуктивная медицина

Урологи из США и Японии опубликовали статью - Мониторинг распухания ночного пениса с помощью марок - теперь каждому стало известно, что ночной пенис необходимо обклеивать со всех сторон марками
подробнее

facebook
Источник - пресса
(c) 2010-2023 Шнобелевская премияig-nobel@mail.ru