Дори да е загуба на бира, почукването на гърлото на една бирена бутилка с дъното на друга води до впечатляващо изригване на пяна. Шегата също така е прозорец към физиката на мехурчетата въглероден диоксид, независимо дали са в бутилка или в езеро във вулканичен кратер.
Преди десетилетие, Хавиер Родригес , професор по механика на флуидите, и колегите му от университета Карлос III в Мадрид бяха излезли на обиколка в бара, когато някой направи сапунената каскада. Групата веднага се опита да намери обяснение защо бирата избликна толкова бързо.
„Тези мехурчета растат супер бързо“, казва той. „За няколко десетки милисекунди облаците от пяна могат да се умножат по коефициент 10.“
Свързано видеоПод влиянието на бирената пяна
Учените теоретизираха, че горната бутилка предизвиква вълна на налягане, която отеква през бирата в долната бутилка - и докато го прави, мехурчета от COдвесе образува в процес, наречен кавитация, след което се разделя на по-малки мехурчета. „Целият газ в един балон сега е в милиони мехурчета“, казва Родригес. Но групата не успя да свърже тази важна първа стъпка с крайния резултат от бирата на пода.
На следващия ден те започнаха да провеждат контролирани експерименти в лабораторията, за да разберат всичко. Но те нямаха достатъчно бърза камера, за да измерват точно какво се случва. Години по-късно, през 2012 г., изследователите най-накрая се сдобиха с високоскоростна камера, която разкри как се държат мехурчетата като функция на времето, изобразено на изображението по-горе.
Екипът установи, че след кавитация се провежда друга фаза - разширяване. По-малките мехурчета имат по-голяма повърхност, което позволява повече разтворен COдведа проникнат в тях и те растат бързо. Тъй като са по-леки от течността, мехурчетата се издигат, но все още не са приключили с растежа си. „Това е най-експлозивната част от процеса“, казва Родригес. Мехурчетата се движат бързо, докато се издигат, абсорбирайки повече разтворен COдве, което ги кара да растат още повече и да се издигат още по-бързо.
Резултатът: внезапно преливане на пяна. (Не опитвайте това у дома, тъй като лесно можете да счупите бутилките, но наблюдавайте шега в действие в YouTube.) Екипът представи своите резултати на годишната среща на миналия ноември на Отдел за динамика на флуидите на Американското физическо общество .
Докато изследователите разказаха на други учени за своето изследване, те научиха, че газообразният COдвеизригвания могат да се случат извън бирена бутилка, понякога с мрачни последици. Например същата физика, която може да причини преливане на бирата, е действала и при газови изригвания на езера от вулканични кратери през 80-те години на миналия век, които задушиха хиляди хора и животни в африканската страна Камерун, казва Бил Еванс, химик изследовател в САЩ. Геоложки институт, който е изследвал тези езера.
„Не очаквате езерата да експлодират и да убият хора“, казва той. Но при езерото Монун през 1984 г. и отново при езерото Ниос през 1986 г., това е точно какво се случи . Еванс смята, че свлачище е предизвикало смъртоносно наводнение от COдвекоито преминаха през околните райони.
Учени и инженери оттогава се борят с процеса на бълбукане, за да предотвратят тези езера да предизвикат повече хаос, като инсталират тръби, които изпускат газа в бавен, контролиран изблик. Сега това е нещо, за което всички можем да вдигнем чаша или бутилка, за да се развеселим.
Дарете за науката петък
Инвестирайте в качествена научна журналистика, като направите дарение на Science Friday.