來(lái)自布朗大學(xué)和圖盧茲大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，表面活性劑，也就是類(lèi)似肥皂的化合物是香檳中氣泡直線(xiàn)上升的原因。這種獨(dú)特的氣泡行為與其他碳酸飲料不同，對(duì)理解流體力學(xué)有重大意義，特別是在氣泡引起的混合和自然現(xiàn)象方面。
這里有一些值得敬酒的科學(xué)發(fā)現(xiàn)： 來(lái)自布朗大學(xué)和法國(guó)圖盧茲大學(xué)的研究人員解釋了為什么香檳酒中的氣泡會(huì)以直線(xiàn)上升，而其他碳酸飲料，如啤酒或蘇打水中的氣泡則不會(huì)。
發(fā)表在《物理評(píng)論-流體》雜志上的一項(xiàng)新研究描述了這一發(fā)現(xiàn)，它基于一系列數(shù)值和物理實(shí)驗(yàn)，當(dāng)然包括倒出香檳、啤酒、氣泡水和氣泡酒的杯子。這些結(jié)果不僅解釋了是什么讓香檳酒有了氣泡線(xiàn)，而且可能對(duì)理解流體力學(xué)領(lǐng)域的氣泡流動(dòng)具有重要意義。
(資料圖)
"這是我多年來(lái)一直在研究的類(lèi)型，"布朗工程教授羅伯托-澤尼特說(shuō)，他是該論文的作者之一。"大多數(shù)人從未見(jiàn)過(guò)海洋滲漏或曝氣池，但他們中的大多數(shù)人都喝過(guò)蘇打水、啤酒或一杯香檳酒。通過(guò)談?wù)撓銠壓推【疲覀兊目傮w計(jì)劃是讓人們明白流體力學(xué)在他們的日常生活中是很重要的。"
澆灌香檳
研究人員調(diào)查了碳酸飲料中氣泡鏈的穩(wěn)定性，如香檳和起泡酒。
該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是研究碳酸飲料中的氣泡鏈的穩(wěn)定性。享受這些飲料的部分標(biāo)志性體驗(yàn)是當(dāng)飲料被倒出時(shí)形成的微小或巨大的氣泡，創(chuàng)造出一個(gè)可見(jiàn)的氣泡和汽水鏈。根據(jù)飲料及其成分的不同，所涉及的流體力學(xué)都是不同的。
例如，當(dāng)涉及到香檳和起泡酒時(shí)，不斷出現(xiàn)的氣泡以一字排開(kāi)的方式迅速上升到頂部，并在一段時(shí)間內(nèi)一直如此。這被稱(chēng)為穩(wěn)定的氣泡鏈。對(duì)于其他碳酸飲料，如啤酒，許多氣泡偏向一側(cè)，使它看起來(lái)像多個(gè)氣泡同時(shí)出現(xiàn)。這意味著氣泡鏈并不穩(wěn)定。
研究人員開(kāi)始探索使氣泡鏈穩(wěn)定的機(jī)制，以及他們是否能夠重新創(chuàng)建它們，使不穩(wěn)定的氣泡鏈像香檳或普羅塞克酒中的一樣穩(wěn)定。
香檳和起泡酒的氣泡鏈呈直線(xiàn)上升。許多啤酒中的氣泡鏈在上升時(shí)偏向一側(cè)，使其看起來(lái)像多個(gè)氣泡同時(shí)上升。
他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，香檳和其他起泡酒中穩(wěn)定的氣泡鏈?zhǔn)怯捎谧鳛榉试頎罨衔锏某煞侄a(chǎn)生的，這種成分被稱(chēng)為表面活性劑。這些類(lèi)似表面活性劑的分子有助于減少液體和氣泡之間的張力，使其順利上升到頂部。
"理論上說(shuō)，在香檳中，這些作為表面活性劑的污染物是好東西，"論文的高級(jí)作者Zenit說(shuō)。"這些賦予液體風(fēng)味和獨(dú)特性的蛋白質(zhì)分子是使它們產(chǎn)生的氣泡鏈穩(wěn)定的原因。"
實(shí)驗(yàn)還顯示，氣泡的穩(wěn)定性受到氣泡本身大小的影響。他們發(fā)現(xiàn)，有大氣泡的鏈子有一個(gè)類(lèi)似于有污染物的氣泡的喚醒，導(dǎo)致平穩(wěn)上升和穩(wěn)定的鏈子。
然而，在飲料中，氣泡總是很小。這使得表面活性劑成為產(chǎn)生直線(xiàn)和穩(wěn)定鏈的關(guān)鍵成分。例如，啤酒也含有類(lèi)似表面活性劑的分子，但根據(jù)啤酒的類(lèi)型，氣泡可以以直鏈上升或不上升。相比之下，碳酸水中的氣泡總是不穩(wěn)定的，因?yàn)闆](méi)有污染物幫助氣泡順利地通過(guò)鏈中其他氣泡留下的尾流。
"這種尾流，這種速度干擾，導(dǎo)致氣泡被撞出，"Zenit說(shuō)。"與其說(shuō)是一條線(xiàn)，不如說(shuō)是氣泡最終以更多的錐形上升。"
在論文的這張圖中，研究人員顯示，當(dāng)在干凈的液體中，氣泡的頻率增加到香檳酒中的氣泡鏈的速率時(shí)，氣泡鏈很快就失去了穩(wěn)定性。資料來(lái)源：Roberto Zenit提供
研究人員說(shuō)，這項(xiàng)新研究的結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了對(duì)慶祝性祝酒詞的科學(xué)理解。研究結(jié)果提供了一個(gè)流體力學(xué)的一般框架，用于理解氣泡流動(dòng)中的集群的形成，這具有經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。
例如，使用氣泡誘導(dǎo)混合的技術(shù)，如水處理設(shè)施的曝氣池，將大大受益于研究人員對(duì)氣泡如何聚集、它們的起源以及如何預(yù)測(cè)它們的出現(xiàn)的更清晰的理解。在自然界中，了解這些流動(dòng)可能有助于更好地解釋海洋滲漏，其中甲烷和二氧化碳從海洋底部涌出。
研究小組進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)相對(duì)簡(jiǎn)單--有些甚至可以在任何當(dāng)?shù)氐木瓢蛇M(jìn)行。為了觀察氣泡鏈，研究人員倒入一杯碳酸飲料，包括Pellegrino氣泡水、Tecate啤酒、Charles de Cazanove香檳和西班牙風(fēng)格的Brut。
為了研究氣泡鏈以及使其穩(wěn)定的原因，他們?cè)谝粋€(gè)小的矩形有機(jī)玻璃容器中注入液體，并在底部插入一根針，這樣他們就可以泵入氣體以創(chuàng)造不同種類(lèi)的氣泡鏈。
然后，研究人員逐漸加入表面活性劑或增加氣泡大小。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們使氣泡變大時(shí)，他們可以使不穩(wěn)定的氣泡鏈變得穩(wěn)定，即使沒(méi)有表面活性劑。當(dāng)他們保持固定的氣泡大小，只添加表面活性劑時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)他們也可以從不穩(wěn)定的鏈變成穩(wěn)定的鏈。
研究人員在論文中解釋說(shuō)，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)表明有兩種不同的可能性來(lái)穩(wěn)定氣泡鏈：添加表面活性劑和使氣泡變大。
研究人員在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行了數(shù)值模擬，以解釋他們無(wú)法通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)解釋的一些問(wèn)題，例如計(jì)算有多少表面活性劑進(jìn)入氣泡，氣泡的重量和它們的精確速度。
他們計(jì)劃繼續(xù)研究穩(wěn)定氣泡鏈的力學(xué)，努力將其應(yīng)用于流體力學(xué)的不同方面，特別是在氣泡流中。
"我們對(duì)這些氣泡如何移動(dòng)以及它們與工業(yè)應(yīng)用和自然界的關(guān)系感興趣，"Zenit說(shuō)。
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