Решена загадка тонущих в Гиннессе пузырьков

guinness3.jpg

Кто не знает, что пузырьки тонут в "Гиннессе", хотя они состоят из газа, который легче жидкости! Решение этой задачи в физических терминах оказалось сложнее, чем кажется на первый взгляд, однако моделирование, проведенное математиками из Лимерикского университета (Ирландия), кажется, приблизило нас к разгадке.

На самом деле, при всей несерьезности вопроса, это одна из сложнейших задач гидродинамики. Распространенная теория о том, что пузырьки "отражаются" от пенной шапки, - всего лишь "городская легенда". Первые же опыты опровергли ее: без пены сверху все происходило точно так же. Довольно скоро удалось выяснить, что пузырьки не тонут, а поднимаются - то есть физика не страдает слишком уж сильно. Кажется, что пузырьки опускаются потому, что жидкость, в которой они находятся, постоянно циркулирует в пивном стакане: слои, близкие к внешним стенкам, опускаются, причем быстрее, чем пузырьки поднимаются наверх, а слои, находящиеся в центре кружки, поднимаются. Но это оказалось самой простой частью.
Как оказалось, пузырьки в центре стакана для стаута поднимаются прямо вверх, создавая в сосуде циркуляцию жидкости. (Иллюстрация Eugene Benilov et al.)
Почему жидкость так странно циркулирует именно в стакане "Гиннесса"? Ведь не опускаются же близкие к стеклу слои в "Короне" или "Bucanero", если уж сравнивать с темным. Даже если ограничить сравнение сухим стаутом, то ни Murphy's, ни Beamish не демонстрируют тонущих пузырьков.
Группа исследователей под руководством профессора Евгения Бенилова (Eugene Benilov) провела моделирование процесса и убедилась что все дело в форме стакана - специфичной именно для "Гиннесса"!
Оказалось, что жидкость циркулирует таким образом именно из-за пузырьков: стремясь вверх, они гонят вверх и жидкость в центре стакана. Почему жидкость опускается по краям? В ней просто меньше пузырьков, чем в той части, что находится в центре емкости. Ключевой вопрос в том, почему пузырьков по краям меньше, чем в центре.
"Гиннесс" всегда подают в одних и тех же стаканах расширяющейся кверху формы. Вот почему, уверены ученые, пузырьки во внешних слоях напитка опускаются вниз. (Фото Википедии.)
Все то же моделирование показало, что пузырьки поднимаются строго вверх, почти не распространяясь в стороны. Но стакан для стаута имеет небольшое дно и постепенно расширяющиеся стенки. Его диаметр вверху значительно больше, чем внизу. Отсюда и неравномерное распределение пузырьков: в центре их больше потому, что дно соответствует центру, а периферийные области не имеют под собой дна, следовательно, пузырьки к ним попадают только случайно, и их там почти нет.
Как известно, теория без практики мертва. Обычно математик и эксперимент - понятия несовместимые, но ради проверки своих вычислений команда г-на Бенилова пошла на жертвы. В общем, не обошлось без опыта, "Гиннесс" налили в цилиндр, где все пузырьки послушно пошли вверх:
Не верите? Попробуйте сами!
Исследование может быть полезно, полагают разработчики модели, при проектировании стеклянных сосудов с газовыми пузырьками в стенках. Да и при созревании того же стаута.
Компьюлента по материалам arXiv.