Без бира в менюто на астронавтите

Това е обикновена закачка в кръчмата, като докоснете и запушите върха на бирата на приятел, я карате да изригне изведнъж. Смешно за някои хора, досадно за другите; но за испанския физик Хавиер Родригес е интригуващо.

Хавиер Родригес от университета „Карлос III“ в Мадрид решава да проучи странното явление и в хода на анализа на бирата открил множество сложни взаимодействия и физика, която би могла да помогнe на учените да разберат много видове процеси – от вулканични изригвания до образуването на астероиди и менюто на астронавтите.

„Има много различни физични явления, които се случват в чашата за бира, и всеки път, когато пиете бира, цялата тази физика е точно пред очите ви“, казва Родригес.

Неговата жажда за знания дори го накарала да убеди свои колеги да изхвърлят бира от 100-метрова кула, за да проучат образуването на мехурчета в средата на микрогравитацията на свободното падане.

„Газираните напитки са преносими лаборатории, които могат да бъдат използвани, за да се демонстрира по забавен начин работата на много потоци, които се срещат и в природата и в индустрията“, пише той в съавторство с Робърт Зенит в списание Physics Today.

Ключът към много от процесите в бирата е, че напитката е газирана – разговорен термин за това, че представлява супернаситен разтвор на въглероден диоксид. Тъй като бирата се вари и ферментира, от дрождите се излъчват микро балончета от въглероден диоксид, които по-късно изграждат налягане в бутилката.

Част от въглеродния диоксид се разтваря в бирата: фракцията се определя от закона на Хенри, който твърди, че колкото по-високо е налягането, толкова повече газ се разтваря.

Когато бутилката се отвори, налягането се освобождава, което означава, че количеството газ, което течността може да понесе, е по-малко: внезапно разтворът става супер-наситен. Отнема известно време, докато се появи ново равновесие. В продължение на няколко часа въглеродният диоксид изтича, докато достигне новата си точка на равновесие, наречена от любителите на бирата „плоска“ бира.

Скоростта, с която газът се отделя, и динамиката, която освобождава, формира основата на много интригуващо поведение на напитката. Проучването на Родригес разкрива, че спусъка на бирения вулкан е вълна на налягането, която се движи нагоре през течността.

Внезапното сътресение за кратко създава внезапен спад на налягането в течността в дъното на бутилката. След това, този район с ниско налягане се разпространява нагоре, задействайки разтворения въглероден диоксид в бирата, за да образува внезапно мехурчета.

Постепенно бирата се „укротява“ от бутилката и налягането се възстановява. Това внезапно високо налягане фрагментира мехурчетата, които току-що са се образували. Родригес е открил, че всяко от тях се пръска до един милион по-малки мехурчета.

Тези малки мехурчета образуват нещо като формация с вид на облак, започват да се покачват, като растат, когато всмукват повече въглероден диоксид. Отнема секунда-две, преди да стигнат до върха и да се разпенят.

Възходът на облака се дължи на плаваемостта на мехурчетата, които карат Родригес и неговия екип да потърсят какво ще се случи при нулева гравитация.

Вместо да изпращат бира в космоса, те решават да изпуснат няколко опаковки бира от 100-метровата кула на центъра за приложни космически технологии и микрогравитация (ZARM) в Бремен, Германия.

За действителния експеримент те решават да намерят заместваща течност. „Не можем да използваме бира“, казва Родригес. „Прекалено замърсяващо околната среда е“.

Използват газирана вода, при което екипът може да наблюдава еволюцията на облака от мехурчета, докато се движи в течността, улавяйки всичко в процеса с високоскоростно видео.

Освен че са от значение за по-доброто разбиране на образуването на обекти, като астероиди и метеорити в среда с ниска гравитация, изследванията на Родригес са насочени и към потенциално важния въпрос за астронавтите, които искат да пият бира в космоса.

Плаваемостта на мехурчетата е това, което позволява на газа от газираната напитка да се издига от стомаха и да бъде изхвърлен, но според Родригес, при нулева гравитация мехурчетата не биха били плаващи.

„Мехурчетата не биха могли да избягат от течността в храносмилателната система, което ще доведе до болезнено подуване на стомаха и червата. Така че, съжалявам, няма бира за хората в космоса“, пише в статията си Родригес.

Родригес признава, че понякога се наслаждава на питието използвано за експериментите, но винаги подчертава, че не прави това с държавни изследователски пари. Той казва, че насоките за изследване изключват разходите за алкохол, така че той купува цялата бира за експеримента със собствените си пари.

„Смятам, че това е Бирена Фондация Родригес за развитие на науката“, заключава той.