En ølflaske-prank er en lektion i væskemekanik

En ølflaske-prank er en lektion i væskemekanik

Forskere brugte et højhastighedskamera til at studere, hvordan små kuldioxidbobler i øl hurtigt udvider sig og stiger. Kredit: Universitet Carlos III i Madrid

Selvom det er spild af øl, giver det et imponerende udbrud af skum at trykke på munden på en ølflaske med bunden af ​​en anden. Pranken er også et vindue ind i kuldioxidboblernes fysik, hvad enten de er i en flaske eller i en vulkansk kratersø.

For et årti siden, Javier Rodriguez , professor i væskemekanik, og hans kolleger fra Carlos III Universitetet i Madrid var ude for en runde i baren, da nogen foretog skumstuntet. Gruppen forsøgte med det samme at komme med en forklaring på, hvorfor øllet spruttede så hurtigt ud.



'Disse bobler, de vokser superhurtigt,' siger han. 'På nogle få titusinder af millisekunder kan skumskyerne formere sig med en faktor 10.'

Relateret video

Under indflydelse af ølskum

Forskerne teoretiserede, at den øverste flaske fik en trykbølge til at give genlyd gennem øllet i den nederste flaske - og mens den gjorde det, bobler af COtodannet i en proces kaldet kavitation, og derefter delt fra hinanden i mindre bobler. 'Al gassen i en enkelt boble er nu i millioner af bobler,' siger Rodriguez. Men gruppen var ikke i stand til at forbinde dette vigtige første skridt med det endelige resultat af øl på gulvet.

Næste dag begyndte de at køre kontrollerede eksperimenter i laboratoriet for at finde ud af det hele. Men de havde ikke et kamera, der var hurtigt nok til præcist at måle, hvad der foregik. År senere, i 2012, anskaffede forskerne endelig et højhastighedskamera, der afslørede, hvordan boblerne opfører sig som en funktion af tiden, afbildet på billedet ovenfor.

Holdet fastslog, at en anden fase finder sted efter kavitation - ekspansion. De mindre bobler har et større overfladeareal, hvilket tillader mere opløst COtoat sive ind i dem, og de vokser hurtigt. Når boblerne er lettere end væsken, stiger de, men de er ikke færdige med at vokse endnu. 'Dette er langt den mest eksplosive del af processen,' siger Rodriguez. Boblerne bevæger sig hurtigt, når de stiger, og absorberer mere opløst COto, hvilket får dem til at vokse sig endnu større og hæve sig endnu hurtigere.

Resultatet: et pludseligt, skummende overløb. (Prøv ikke dette derhjemme, da du nemt kan knække flaskerne, men pas på spøg i aktion på YouTube.) Holdet præsenterede deres resultater på sidste novembers årlige møde i American Physical Society Division of Fluid Dynamics .

Da forskerne fortalte andre forskere om deres undersøgelse, lærte de, at gasformig COtoudbrud kan ske uden for en ølflaske, nogle gange med grumme konsekvenser. For eksempel var den samme fysik, der kan få øl til at flyde over, også på arbejde i gasudbrud af vulkanske kratersøer i 1980'erne, der kvalte tusindvis af mennesker og dyr i det afrikanske land Cameroun, siger Bill Evans, en forskningskemiker ved U.S.A. Geologisk Undersøgelse, der har studeret disse søer.

'Du forventer ikke, at søerne eksploderer og dræber mennesker,' siger han. Men ved Lake Monoun i 1984 og igen ved Lake Nyos i 1986, det er præcis hvad der skete . Evans tror, ​​at et jordskred udløste en dødelig oversvømmelse af COtoder fejede gennem de omkringliggende områder.

Forskere og ingeniører har siden skændtes boblende processen for at forhindre disse søer i at skabe mere kaos ved at installere rør, der frigiver gassen i en langsom, kontrolleret spurt. Nu er det noget, vi alle kan hæve et glas eller en flaske for at juble over.

Doner til Science Friday

Invester i videnskabsjournalistik af høj kvalitet ved at give en donation til Science Friday.