211service.com
Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego twoje wino płacze? Obwiniaj fale uderzeniowe.
Od wieków naukowcy zastanawiali się nad łzami, które tworzą się w kieliszkach do wina. Teraz myślą, że wiedzą, jak to się dzieje. 18 października 2019 r.
Ręka trzymająca kieliszek czerwonego wina Usta Bertranda | Unsplash
Czytelnicy, którzy od czasu do czasu kontemplują dno kieliszka, z pewnością znają jedną z większych tajemnic wszechświata. Jest to wielowiekowa obserwacja, że wino może czasami przemieszczać się po powierzchni szklanki, a następnie tworzyć łzy, gdy ponownie spływa. Dlaczego?
Dziś zagadka zostaje rozwiązana – przynajmniej częściowo – dzięki pracy Yonatana Duklera i współpracowników z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles. Ci faceci bezinteresownie poświęcili swoje badania temu zjawisku i twierdzą, że trafili na odpowiedź.
Zacznijmy od napełnienia naszych kieliszków niewielką ilością wysokoalkoholowego wina w kieliszku do martini. Obserwuj, jak cienka warstwa jest wyciągana na szklaną powierzchnię nad główną cieczą.
Ten efekt jest dobrze rozumiany, ponieważ, co zrozumiałe, przyciągnął niektóre z największych umysłów w fizyce. Amerykański naukowiec Willard Gibbs opublikował pełne opracowanie teoretyczne w 1875 roku.
Opierało się to, przynajmniej częściowo, na pracy 20 lat wcześniej Jamesa Thomsona, brata Lorda Kelvina. Thomson odkrył, że efekt pojawia się, ponieważ wino jest mieszaniną wody i etanolu, przy czym woda ma większe napięcie powierzchniowe.
Wino jest początkowo wciągane na powierzchnię kieliszka przez działanie kapilarne. Dzieje się tak, gdy napięcie powierzchniowe wymusza na powierzchni cieczy pionowe ścianki szklanego pojemnika.
W kieliszku do wina ta cienka warstwa natychmiast zaczyna parować, a alkohol paruje szybciej niż woda. W rezultacie warstwa staje się mniej alkoholowa, a większe stężenie wody prowadzi do wyższego napięcia powierzchniowego niż główne wino w kieliszku.
Ta różnica w napięciu powierzchniowym jest ważna. Tworzy siłę, która napędza więcej wina po ściankach kieliszka. A to prowadzi do stałego przepływu płynu w górę szkła, napędzanego parowaniem alkoholu.
Wszystko to jest dobrze zrozumiane — znane jest jako efekt Marangoni, od nazwiska włoskiego fizyka, który badał go w latach 60. XIX wieku.
W grę wchodzi jednak inna siła – grawitacja, która ściąga ciecz z powrotem w dół. Kiedy tak się dzieje, wino formuje się w słynne łzy, które spływają po wewnętrznej stronie kieliszka.
Niezwykłą zagadką jest to, dlaczego wino tworzy łzy spływające w dół, a nie jakiś inny rodzaj przepływu. Właśnie z tym problemem zajęli się Dukler i spółka, korzystając z wszechstronnego modelu teoretycznego i wielu prac eksperymentalnych. Obserwowali formujące się łzy w sposób, który nigdy wcześniej nie był opisany.
Nowa praca opiera się na teorii fal uderzeniowych. Fala uderzeniowa to zaburzenie, które tworzy ostrą granicę właściwości cieczy. Fale uderzeniowe są zwykle napędzane przez zakłócenia, które przemieszczają się szybciej niż dźwięk w płynie, takie jak strumień naddźwiękowy. Fala trwa tak długo, jak długo zakłócenie pozostaje naddźwiękowe.
Ale fale uderzeniowe mogą powstawać, gdy zakłócenia nie są naddźwiękowe — na przykład, gdy parowanie powoduje przepływ płynu. Fale te są znane jako wstrząsy podkompresyjne. To na nich skupia się Dukler i spółka.
Wskazują, że teorie oparte na pracy Gibbsa sugerują, że wino powinno przybierać kształty przypominające palce podczas przemieszczania się po kieliszku. Twierdzimy, że rzeczywiste łzy wina, które spływają po kieliszku, w przeciwieństwie do dobrze znanej niestabilności palców napędzanych frontów, które poruszają się w tym samym kierunku, jak front, wynikają z niestabilności odwróconego wstrząsu podkompresyjnego.
Ich eksperymenty wydają się to potwierdzać. Umieszczają kęs porto o zawartości alkoholu 18% w kieliszku martini z bokami pod kątem 65%. Aby ułatwić obserwacje, obracają port, aby wstępnie pokryć szkło płynem. Łzy wtedy łatwo się formują.
Te łzy wyraźnie pokazują właściwości fal, które przewiduje model zespołu. Po raz pierwszy ilustrujemy istnienie nieklasycznych wstrząsów podkompresyjnych w kontekście łez wina, mówią Dukler i spółka. Twierdzimy, że w przypadku szkła powlekanego, słynne „łzy wina” wyłaniają się z odwrotnego wstrząsu podkompresyjnego pochodzącego z menisku.
To interesująca praca, którą wielu czytelników będzie chciało uczcić własnymi badaniami.
Pozostaje jednak kilka pytań bez odpowiedzi. Ważny jest sposób, w jaki firma Dukler i Co powlekają szkło, ponieważ tworzy warstwę, przez którą może płynąć kolejna warstwa płynu. W takich okolicznościach efekt Marangoni jest łatwy do uzyskania.
Ale pozostawia otwartą kwestię, jak powstają łzy na niepowlekanym szkle.
Co oznacza, że jest dużo więcej do zrobienia. Bierzmy się do pracy – na zdrowie!
Nr ref.: arxiv.org/abs/1909.09898 : Teoria wstrząsów nieskompresowanych we łzach wina