Команда вчених вирішила знайти фактори, які впливають на стійкість піни у пиві при наливанні його знизу вгору через отвір на дні келиха. Розливши 30 літрів пшеничного таким чином, фізики з'ясували, що піна швидко утворювалась та в 25 разів повільніше руйнувалася. Ключовим фактором стабільності піни назвали розміри бульбашок, а на кількість утвореної піни впливала температура і тиск. Результатами свого дослідження для пивного стартапу вчені поділилися у журналі Physics of Fluids.
Формування і зникнення піни за 0,15, 0,5, 4,1, 20 і 170 секунд після розливу пива. Wenjing Lyu et al. / Physics of Fluids, 2023
👋 Підпишіться на наш телеграм-канал! А ще у нас є ютуб 🎬
Як утворюється пивна піна?
Бульбашки вуглекислого газу, що підіймаються до поверхні при розливі пива, залежать від хімічних і фізичних взаємодій, які впливають на їхню появу, підйом на поверхню, розподіл, злиття та осідання. На кількість піни в основному впливає температура пива та вміст вуглекислого газу, а на її стійкість впливає хімічний склад напою, як-от дріжджі та білки у суслі. Пивна піна та її стабільність є одними з головних якісних характеристик напою, що може сказати про смак ще до того, як його спробувати. Крім того, піна захищає пиво від дегазації та сприяє збереженню смаку.
Однак точно спрогнозувати появу та зникнення з часом пивної піни складно, оскільки для врахування її нелінійних ефектів потрібні складні чисельні моделі. У своїй роботі фізики з Кореї та Німеччини спробували побудувати модель, яка опише утворення та утримання піни на поверхні пива, якщо наливати його знизу вгору. Своє дослідження вони проводили для пивного стартапа, який розробляє свій метод наливання напою.
Що вивчали фізики?
Для дослідження пивної піни вченим знадобився кег із 30 літрами пшеничного пива, пристрій для розливу, а також дві високошвидкісні камери та гарне освітлення. Пиво наливалося у келих через дно за допомогою вбудованого магнітного клапана, який підіймається при наповненні, а потім герметично закриває отвір. Свої експерименти фізики проводили під різним тиском і температурою та спостерігали, на яку висоту підіймалась піна, яка була її доля у келиху, а також її стабільність на поверхні. Отримані експериментальні результати вчені спробували відтворити і у моделюванні.
Експериментальна установка для дослідження. Wenjing Lyu et al. / Physics of Fluids, 2023
Як тримається пивна піна?
У перші долі секунди від початку наливання пива, у келиху утворювалася виключно піна доти, доки не покривала вхідні отвори, які вприскували напій у келих. Як експериментально, так і в моделях, фізики побачили, що перші кілька мілілітрів пива перетворюються на пінку, формуючи ту саму пивну шапку, що лишиться в келиху після його наповнення. За 4 секунди, коли келих вже наповнився, утворення та руйнування піни врівноважується. А пізніше на неї стали впливати ефекти осідання та злиття бульбашок, через що вона деформувалась і зникала.
Формування і зникнення піни за 0,15, 0,5, 4,1, 20 і 170 секунд після розливу пива. Wenjing Lyu et al. / Physics of Fluids, 2023
Експериментуючи з різними умовами розливу, вчені з'ясували, що за вищих температури пива і тиску у крані піни утворюється більше. Однак на її стабільність впливає не це, а здебільшого розмір утворених бульбашок, який впливає на їхнє злиття та зникання. Руйнування піни відбувалося у 25 разів повільніше, аніж її утворення під час розливу.
Раніше ми розповідали, як фізики з'ясували, чому підставки під пиво будуть поганими фрисбі.
Бульбашкова фізика
🫧Трясіння і бульбашкова ковдра допомогли не луснути антибульбашкам
🍩Бризкання розпеченої олії описали трьома видами бульбашок
🍾А появу звуку «хлоп!» при відкриванні пляшки ігристого пояснили гідродинамічною моделлю