Направете тези четири класически коктейла и станете експерт по динамика на флуидите (видео)

Вкусните коктейли могат да бъдат идеалната миниатюрна лаборатория за демонстрация на странната физика на течностите. Ето четири от най-добрите примери и как можете да ги опитате у дома

Ваня Милева Последна промяна на 25 декември 2023 в 00:00 5683 0

Може би си мислите, че сложните уравнения и алкохолът не се смесват или може би не трябва да се смесват. Но ако приготвите любимия си коктейл, несъзнателно ще се сблъскате с някои от най-сложните процеси в динамиката на флуидите - науката за движението на

Кредит Pexels / Public Domain Certification

Може би си мислите, че сложните уравнения и алкохолът не се смесват или може би не трябва да се смесват. Но ако приготвите любимия си коктейл, несъзнателно ще се сблъскате с някои от най-сложните процеси в динамиката на флуидите - науката за движението на течностите.

Може би си мислите, че сложните уравнения и алкохолът не се смесват или може би не трябва да се смесват. Но ако приготвите любимия си коктейл, несъзнателно ще се сблъскате с някои от най-сложните процеси в динамиката на флуидите - науката за движението на течностите.

Когато изследователите се опитват да предвидят как дадена течност ще се движи, как ще се образуват мехурчета или вълни, те често се сблъскват със сложни уравнения. Отправна точка за решаването на почти всички тези проблеми са уравненията на Навие-Стокс, кръстени на Клод-Луи Навие и Джордж Габриел Стокс. Двамата ги създават през XIX в., когато е и златният век на миксологията.

Какъв по-добър начин да научите повече за динамиката на флуидите от това да се отдадете на коктейли? Независимо дали става въпрос за начина на образуване на пяна, за образуването на необичайни облаци или за течности, които се разпръскват със свръхзвукова скорост, в една напитка могат да се крият чудесни изненади.

Запретнете ръкави и експериментирайте - удоволствието ще е двойно!

ДЖИН ФИЗ

Опитайте миниатюрното чудо на пяната

Протеините се обединяват, за да се получи пяната в джин физ. Кредит: Flickr | Isabelle Boucher (CC BY-NC-ND 2.0 DEED)

Първо, нещо газирано. Приготвен от две части джин, една част лимонов сок, малко сироп и струйка газирана вода, джин-физ би бил прост, ако не бе слоят пяна.

Пяната е предизвикателство за физиците. Понякога тя се държи като твърдо тяло, а друг път - като течност. Сапунените мехурчета текат като вода, когато миете чиниите си, но твърдата пяна на бирата може да бъде отрязана.

Тази разлика се свежда до мехурчетата. Когато мехурчетата се струпват едно до друго, те образуват пяна. Но как действа пяната, зависи от молекулите в течната обвивка на мехурчетата. Пенливата бира и пенливото мляко, с което се пълни капучиното, например, са пълни с протеини, както и яйчният белтък, който традиционно прави пяната в питието джин физ.

Молекулите на белтъците са леко електрически заредени и имат както хидрофилни, така и хидрофобни части. Тези свойства ги карат да се подреждат по правилния начин, за да предпазят мехурчетата от разпадане - поне за известно време. По-силното привличане между протеиновите молекули и високата им концентрация водят до по-твърда пяна, която се държи по-скоро като твърдо тяло. Пяните с по-малко молекули или с молекули, които почти не си взаимодействат, остават по-меки.

За джин-физ е необходимо пяната да е твърда, за да се задържи на повърхността на напитката. Ако разбиете белтъците достатъчно енергично, протеините ще се разтегнат, а след това ще се свържат, оставяйки перфектната пяна за изливане. Ако предпочитате да не използвате белтъци, течността от консерва нахут, известна като аквафаба, е добра алтернатива, тъй като е пълна с протеини. А ако се затруднявате да направите пяна, добавянето на малко сметана от тартар ще подтикне протеините да се разтегнат по-бързо и надеждно.

Чуйте и разказа на стария барман и още идеи за коктейла джин физ. Кредит: BAR TALK & COCKTAILS

B-52

Създайте сложен облак в чашата си

Слоевете на B-52 се задържат един върху друг благодарение на повърхностното напрежение. Кредит: Flickr | JD (CC BY 2.0 DEED)

Физиката и вкусовете стават по-сложни, когато наливате напитка с повече от два слоя. Вземете например привличащия вниманието B-52. Този коктейл съдържа равни количества от три алкохолни напитки: слой от оранжево-златистия френски ликьор Гранд Марние се намира върху сметанов ирландски ликьор Irish cream, който плува върху тъмнокафяв ликьор от кафе. И с този коктейл можем да демонстрираме нещо, наречено нестабилност на Келвин-Хелмхолц.

Слоевете на напитката остават разделени в чашата, защото всеки от тях е по-малко плътен от този под него. Силите на плаваемост, причинени от налягането върху молекулите в долната част на всеки слой, което е по-голямо от налягането върху молекулите в горната част на всеки слой, противодействат на гравитацията, която тегли надолу. Барманите наливат B-52 по една течност наведнъж, бавно по гърба на лъжица, за да избегнат смесването.

Атмосферата и океаните на Земята също съдържат слоеве от облаци и слоеве от вода с различна плътност, температура и соленост, съответно. И когато два подредени слоя течност се движат един над друг, независимо дали става въпрос за вода или ликьор, могат да се появят ефектни пухкави облаци.

Кредит: Pexels / Public Domain Certification

Неусточивостта на Келвин-Хелмхолц се задейства, когато силите на един слой, който се плъзга над друг, надделеят над плавателните сили, които ги държат разделени. Тъй като плавателните сили започват да губят двубоя, най-горният слой течност не потъва изведнъж в този под него. Вместо това части от него се спускат под формата на надиплени, подобни на облаци структури.

В атмосферата нестабилността на Келвин-Хелмхолц причинява флуктуационни облаци, които изглеждат като разбиващи се океански вълни, но същата физика се крие и в чаша Б-52. Наклонете чашата си или я завъртете и може да видите как се появяват малки, мъхести облачета. Но бъдете внимателни - ако използвате твърде много сила, ще останете с вкусна бежова каша.

Кредит: BAR TALK & COCKTAILS

FRENCH 75

Какво се случва в действителност, когато се отвори шампанско

Френч 75 - смес от джин, лимонов сок, сироп и малко шампанско. Кредит: Don LaVange (CC BY-SA 2.0 DEED)

Френч 75, освен че е вкусен, изисква и една особено драматична съставка. Смес от джин, лимонов сок, сироп и малко шампанско, а цялото действие се развива преди да налеете тази напитка, при експлозивното отваряне на бутилката.

Когато шампанското ферментира, дрождите изяждат захарта в гроздовия сок и произвеждат въглероден диоксид, който придава на напитката пенливост. Но това също така създава налягане в бутилката за шампанско, което означава, че когато я открехнете, струите въглероден диоксид излизат навън.

Когато се отваря бутилка шампанско, за да се направи French 75, то достига впечатляваща скорост. Кредит: Wikimedia Commons

През 2019 г. Робер Жорж от Университета Рен 1 във Франция и колегите му използват високоскоростна камера, за да заснемат детайлите на отварянето на бутилка шампанско. Те установяват, че в първата милисекунда от процеса струите достигат свръхзвукова скорост. 

Първоначално тапата не позволява на газовата смес вътре в бутилката да избяга – но когато я издърпаме, ударна вълна от газ във формата на корона се изстрелва около запушалката със скорост от близо 1500 километра в час – това е достатъчно по-бързо от скоростта на звука във въздуха (1234,8 км/ч).

Най-голямата, която идентифицирали, летяла със скорост около четири пъти по-голяма от тази на автомобил от Формула 1.

След това изследователите симулират подробно този процес на компютър, което изисква решаването на някои уравнения, формулирани от Навие и Стокс. Те установяват, че газът образува ударни вълни с различна форма зад тапата, които първо приличат на корона, докато са заклещени зад по-бавно движещата се тапа, след това образуват пенест цилиндър, а накрая се забавят и се плъзгат по стените на бутилката.

Прочетете повече за това изследване в "Тапата на шампанското със сигурност надвишава скоростта на звука".

Жорж нарича бутилката шампанско "минилаборатория по физика на флуидите". Но след тези първи милисекунди единственият експеримент, който ви остава, е да решите дали да смените сиропа във вашето френско 75 с кубче захар.

Кредит: BAR TALK & COCKTAILS

ПУНШ С РОМ

Можете да използвате пунш с ром, за да демонстрирате ефекта на Марангони: Пуснете корабче на повърхността на питието си

Рецептата за този Новогодишен пунш може да видите в канала BAR TALK & COCKTAILS. А за лодките - вие си решавате.

Можете да се забавлявате много с пунша с ром, ако знаете тази тайна. Но първо, нека забъркаме един. Традиционната рецепта включва ром и плодови сокове, смесени с малко захарен сироп, гренадин и горчив вкус на Ангостура. Сега, когато вече имате своето питие, сте готови да изпитате силата на явлението, наречено ефект на Марангони. (Прочетете повече: "Докато чашата ми с вино плаче")

Любопитен резултат от разликата в повърхностното напрежение, този ефект е забавно демонстриран през 2013 г. от Джон Буш (John Bush) от Масачузетския технологичен институт и неговите колеги. В сътрудничество с професионални готвачи те създават малка флотилия от миниатюрни лодки от съставки като желатин, агар и разтопени бонбони. Те отпечатали 3D силиконови форми, след което изсипали в тях ядивната смес, за да отлеят малки съдове с прорез в задната част. След това ги пускат на пътешествие с ром през коктейлни чаши.

Скрийншот от видеото, демонстриращо опита. Видеото може да видите по-долу.

Всяка лодка се пълни с ром, който бавно изтича от процепа на кърмата. Когато ромът се смеси с течността в чашата (която в експеримента е вода, а не плодов пунш), повърхностното напрежение е по-ниско на кърмата на лодката, отколкото на носа ѝ. Водните молекули започват да се движат от задната към предната част на лодката в опит да изравнят напрежението, като по този начин я задвижват. Това се случва благодарение на ефекта на Марангони.

При експериментите на екипа лодките с дължина 1,5 см се движат с 11 см в секунда. Можете да опитате с плодов сок, като на практика си приготвите собствен пунш с ром, за да накарате лодчицата да плава.

Може би има и оптимален брой коктейли, които трябва да се изпият преди началото на експеримента. 

Източник: Make these four classic cocktails and become a fluid dynamics expert, New Scientist

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !