Brown Üniversitesi ve Toulouse Üniversitesi’ndeki araştırmacıların ortak çalışması, diğer gazlı içeceklerden farklı olarak şampanya köpüklerinin neden düz bir çizgide yükseldiğini araştırdı.
{ 7}Akışkanlar mekaniği araştırmacıları, sürfaktanların kutlama içeceğine sabit ve imza niteliğindeki kabarcıkların düz yükselişini verdiğini keşfetti.
Brown Üniversitesi ve Toulouse Üniversitesi’nden araştırmacılar, yüzey aktif maddelerin, sabun benzeri bileşiklerin sorumlu olduğunu keşfettiler. şampanyadaki baloncukların düz yükselişi için. Diğer gazlı içeceklerden farklı olan bu benzersiz kabarcık davranışının, özellikle kabarcık kaynaklı karışım ve doğal olaylarda akışkanlar mekaniğini anlamak için önemli etkileri vardır.
İşte kadeh kaldırmaya değer bazı bilimsel bulgular: Brown Üniversitesi’nden araştırmacılar ve Fransa’daki Toulouse Üniversitesi, Şampanyadaki baloncukların düz bir çizgide fışkırırken bira veya soda gibi diğer gazlı içeceklerdeki baloncukların neden çıkmadığını açıkladı.
Yayınlanan yeni bir çalışmada açıklanan bulgular Physical Review Fluids dergisinde, tabii ki şampanya, bira, köpüklü su ve köpüklü şarap bardaklarının dökülmesi de dahil olmak üzere bir dizi sayısal ve fiziksel deneye dayanmaktadır. Sonuçlar, yalnızca Champagne’a neyin kabarcık hattı verdiğini açıklamakla kalmaz, aynı zamanda akışkanlar mekaniği alanındaki kabarcıklı akışları anlamak için önemli çıkarımlar içerebilir.
“Yıllardır üzerinde çalıştığım araştırma türü bu. Makalenin yazarlarından biri olan Brown mühendislik profesörü Roberto Zenit, “dedi. “Çoğu insan hiç okyanus sızıntısı veya havalandırma tankı görmedi, ancak çoğu bir soda, bira veya bir bardak şampanya içti. Şampanya ve biradan bahsederek ana planımız, insanların akışkanlar mekaniğinin günlük yaşamlarında önemli olduğunu anlamalarını sağlamak.”
Araştırmacılar, örneğin gazlı içeceklerde kabarcık zincirlerinin dengesini araştırdılar. şampanya ve köpüklü şarap.
Ekibin amacı, gazlı içeceklerde köpük zincirlerinin kararlılığını araştırmaktı. Bu içeceklerin tadını çıkarmanın imza deneyiminin bir kısmı, içecek döküldüğünde oluşan ve görünür bir baloncuk ve köpürme zinciri oluşturan küçük veya büyük baloncuklardır. İçeceğe ve içeriğine bağlı olarak, söz konusu akışkanlar mekaniği tamamen farklıdır.
Örneğin, şampanya ve köpüklü şarap söz konusu olduğunda, sürekli olarak ortaya çıkan gaz kabarcıkları tek bir sıra halinde hızla yukarı doğru yükselir. sıraya girin ve bir süre böyle devam edin. Bu kararlı bir kabarcık zinciri olarak bilinir. Bira gibi diğer gazlı içeceklerde, birçok baloncuk yana doğru saparak, aynı anda birden fazla baloncuk çıkıyormuş gibi görünmesini sağlar. Bu, kabarcık zincirinin kararlı olmadığı anlamına gelir.
Araştırmacılar, kabarcık zincirlerini kararlı yapan şeyin mekaniğini ve onları yeniden yaratıp, kararsız zincirleri Champagne veya prosecco’daki kadar kararlı hale getirip getiremeyeceklerini keşfetmeye koyuldu.
Şampanya ve köpüklü şaraptan oluşan baloncuklar zinciri düz bir çizgide yükselir. Pek çok biradaki baloncuk zinciri, yükseldiklerinde yana sapar ve aynı anda birden fazla baloncuk yükseliyormuş gibi görünmesini sağlar. Kredi: Madeline Federle ve Colin Sullivan
Yaptıkları deneylerin sonuçları, Şampanya ve diğer köpüklü şaraplardaki kararlı köpük zincirlerinin, yüzey aktif maddeler olarak adlandırılan sabun benzeri bileşikler gibi davranan bileşenlerden kaynaklandığını gösteriyor. Bu yüzey aktif madde benzeri moleküller, sıvı ve gaz kabarcıkları arasındaki gerilimi azaltarak tepeye yumuşak bir yükseliş sağlar.
“Teoriye göre, yüzey aktif madde görevi gören bu kirletici maddeler Şampanya’da iyi şeylerdir, ” dedi gazetenin kıdemli yazarı Zenit. “Sıvıya tat ve benzersizlik veren bu protein molekülleri, ürettikleri baloncuk zincirlerini kararlı kılan şeydir.”
Deneyler, baloncukların stabilitesinin baloncukların kendi boyutundan etkilendiğini de gösterdi. Büyük baloncuklara sahip zincirlerin, kirletici madde içeren baloncuklara benzer bir iz bıraktığını, bunun da düzgün bir yükselişe ve sabit zincirlere yol açtığını buldular.
Bununla birlikte, içeceklerde baloncuklar her zaman küçüktür. Düz ve kararlı zincirler üretmek için yüzey aktif maddeleri ana bileşen yapar. Örneğin bira da yüzey aktif madde benzeri moleküller içerir, ancak biranın türüne bağlı olarak baloncuklar düz zincirler halinde yükselebilir veya yükselmeyebilir. Bunun tersine, karbonatlı sudaki kabarcıklar, zincirdeki diğer kabarcıkların geride bıraktığı iz akışlarında kabarcıkların düzgün bir şekilde hareket etmesine yardımcı olan hiçbir kirletici olmadığından her zaman kararsızdır.
“Bu iz, bu hız bozukluğu, Baloncuklar söndürülecek,” dedi Zenit. “Tek bir çizgiye sahip olmak yerine, baloncuklar daha çok bir koni şeklinde yükseliyor.”
Kâğıttan alınan bu şekilde, araştırmacılar, gaz kabarcıklarının sıklığının temiz bir sıvıda şampanyadaki kabarcık zincirleri oranına kadar arttığında, zincir stabilizasyonunu hızla kaybeder. Kredi: Roberto Zenit’in izniyle
Araştırmacılar, yeni çalışmadaki sonuçların kutlama kadehlerine giden bilimi anlamanın çok ötesine geçtiğini söyledi. Bulgular, ekonomik ve toplumsal değeri olan kabarcıklı akışlarda küme oluşumunu anlamak için akışkanlar mekaniğinde genel bir çerçeve sağlar.
Örneğin, su arıtma tesislerindeki havalandırma tankları gibi, kabarcık kaynaklı karıştırma kullanan teknolojiler , kabarcıkların nasıl kümelendiğini, kökenlerini ve görünümlerini nasıl tahmin edeceklerini daha net bir şekilde anlayan araştırmacılardan büyük fayda sağlayacaktır. Doğada, bu akışları anlamak, okyanusun dibinden metan ve karbondioksitin çıktığı okyanus sızıntılarını daha iyi açıklamaya yardımcı olabilir.
Araştırma ekibinin yürüttüğü deneyler nispeten basitti ve hatta bazıları herhangi bir şekilde yapılabilirdi. yerel bar. Araştırmacılar baloncuk zincirlerini gözlemlemek için bardaklara Pellegrino köpüklü su, Tecate birası, Charles de Cazanove Şampanyası ve İspanyol tarzı bir brut gibi gazlı içecekler doldurdu.
Kabarcık zincirlerini ve onları kararlı hale getiren unsurları incelemek için , küçük, dikdörtgen bir pleksiglas kabı sıvıyla doldurdular ve farklı türde kabarcık zincirleri oluşturmak için gazı pompalayabilmek için dibine bir iğne soktular.
Araştırmacılar daha sonra yavaş yavaş yüzey aktif maddeler eklediler veya kabarcık boyutunu artırdılar. Baloncukları büyüttüklerinde, yüzey aktif maddeler olmadan bile kararsız kabarcık zincirlerini kararlı hale getirebileceklerini keşfettiler. Sabit bir kabarcık boyutunu koruduklarında ve yalnızca yüzey aktif maddeler eklediklerinde, kararsız zincirlerden kararlı olanlara da geçebildiklerini gördüler.
İki deney, bir kabarcık zincirini stabilize etmek için iki farklı olasılık olduğunu gösteriyor: yüzey aktif maddeler ve Araştırmacılar gazetede baloncukları büyüterek açıklıyor.
Araştırmacılar, yüzey aktif maddelerin ne kadarının kaybolduğunu hesaplamak gibi, fiziksel deneylerle açıklayamadıkları bazı soruları açıklamak için bir bilgisayarda sayısal simülasyonlar gerçekleştirdiler. gaz kabarcıklarının içine, kabarcıkların ağırlığına ve kesin hızlarına.
Bunları akışkanlar mekaniğinin farklı yönlerine, özellikle kabarcıklı akışlara uygulamak amacıyla kararlı kabarcık zincirlerinin mekaniğini incelemeye devam etmeyi planlıyorlar. .
“Bu baloncukların nasıl hareket ettiği ve endüstriyel uygulamalarla ve doğayla olan ilişkileriyle ilgileniyoruz,” dedi Zenit.
Referans: “Sürfaktanların varlığı, kabarcık zincirlerinin kararlılığını kontrol eder. gazlı içecekler”, yazan Omer Atasi, Mithun Ravisankar, Dominique Legendre ve Roberto Zenit, 3 Mayıs 2023, Physical Review Fluids.
DOI: 10.1103/PhysRevFluids.8.053601