表面活性剂使庆祝饮料具有稳定和标志性的气泡直接上升
这里有一些值得敬酒的科学发现：布朗大学和法国图卢兹大学的研究人员解释了为什么香槟中的气泡会直线起泡，而其他碳酸饮料(如啤酒或苏打水)中的气泡则不会。
在一项新的物理评论流体研究中描述的研究结果基于一系列数值和物理实验，当然包括倒出香槟，啤酒，苏打水和起泡酒。这些结果不仅解释了香槟的气泡线，而且可能对理解流体力学领域的气泡流具有重要意义。
“这是我多年来一直在研究的研究类型，”布朗工程学教授Roberto Zenit说，他是该论文的作者之一。“大多数人从未见过海洋渗漏或曝气池，但他们中的大多数人都喝过苏打水，啤酒或一杯香槟。通过谈论香槟和啤酒，我们的总体规划是让人们了解流体力学在他们的日常生活中很重要。
该团队的目标是研究碳酸饮料中气泡链的稳定性。享受这些饮料的标志性体验的一部分是倒入饮料时形成的微小或大的气泡，产生可见的气泡和气泡链。根据饮料及其成分的不同，所涉及的流体力学都是不同的。
例如，当谈到香槟和起泡酒时，不断出现的气泡在单档行中迅速上升到顶部，并持续一段时间。这被称为稳定的泡沫链。对于其他碳酸饮料，如啤酒，许多气泡转向一边，使其看起来像多个气泡同时出现。这意味着泡沫链不稳定。
研究人员着手探索是什么使气泡链稳定，以及他们是否可以重建它们，使不稳定的链像香槟或普罗赛克一样稳定。
他们的实验结果表明，香槟和其他起泡酒中的稳定气泡链是由于充当肥皂状化合物的成分(称为表面活性剂)而发生的。这些表面活性剂样分子有助于减少液体和气泡之间的张力，使液体和气泡平稳上升到顶部。
“理论上，在香槟中，这些充当表面活性剂的污染物是好东西，”该论文的资深作者Zenit说。“这些赋予液体风味和独特性的蛋白质分子是使它们产生的气泡链稳定的原因。
实验还表明，气泡的稳定性受到气泡本身大小的影响。他们发现，具有大气泡的链具有类似于带有污染物的气泡的尾流，导致平滑上升和稳定的链。
然而，在饮料中，气泡总是很小。它使表面活性剂成为生产直线稳定链的关键成分。例如，啤酒也含有类似表面活性剂的分子，但根据啤酒的类型，气泡可以直链上升或不上升。相比之下，碳酸水中的气泡总是不稳定的，因为没有污染物帮助气泡在链中其他气泡留下的尾流中平稳移动。
“这种尾流，这种速度扰动，导致气泡被敲出，”泽尼特说。“气泡不是一条线，而是最终以圆锥形上升。
研究人员说，这项新研究的结果远远超出了对庆祝祝酒的科学的理解。研究结果为理解气泡流中团簇的形成提供了流体力学的一般框架，具有经济和社会价值。
例如，使用气泡诱导混合的技术，例如水处理设施的曝气池，研究人员将更清楚地了解气泡如何聚集，其来源以及如何预测其外观，这将受益匪浅。在自然界中，了解这些流动可能有助于更好地解释甲烷和二氧化碳从海底出现的海洋渗漏。
研究小组进行的实验相对简单，有些甚至可以在当地任何一家酒吧进行。为了观察气泡链，研究人员倒入了一杯碳酸饮料，包括Pellegrino苏打水，Tecate啤酒，Charles de Cazanove香槟和西班牙风格的干酪。
为了研究气泡链以及使它们稳定的原因，他们用液体填充了一个小型矩形有机玻璃容器，并在底部插入一根针，这样他们就可以泵入气体以产生不同种类的气泡链。
然后，研究人员逐渐添加表面活性剂或增加气泡尺寸。他们发现，当他们使气泡变大时，即使没有表面活性剂，它们也可以使不稳定的气泡链变得稳定。当他们保持固定的气泡大小并只添加表面活性剂时，他们发现它们也可以从不稳定的链变成稳定的链。
研究人员在论文中解释说，这两个实验表明，稳定气泡链有两种不同的可能性：添加表面活性剂和使气泡变大。
研究人员在计算机上进行了数值模拟，以解释一些他们无法通过物理实验解释的问题，例如计算有多少表面活性剂进入气泡，气泡的重量及其精确速度。
他们计划继续研究稳定气泡链的力学，努力将它们应用于流体力学的不同方面，特别是在气泡流动中。
“我们对这些气泡如何移动以及它们与工业应用和自然界的关系感兴趣，”泽尼特说。
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