Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Naukowcy zajęli się fizyką piany na piwie
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Piękna stabilna piana to jeden z elementów piwa, którego poszukują miłośnicy tego napoju. Niestety, często spotyka ich zawód. Tworząca się podczas nalewania pianka błyskawicznie znika, zanim zdążymy wziąć pierwszy łyk. Są jednak rodzaje piwa, szczególnie piwa belgijskie, na których pianka jest wyjątkowo stabilna. Naukowcy z Politechniki Federalnej w Zurychu, pracujący pod kierunkiem profesora Jana Vermanta, odkryli właśnie sekret długotrwałego utrzymywania się piany na piwie. Poznanie tej tajemnicy zajęło 7 długich lat badań.
Do niedawna nauka uważała, że stabilność pianki na piwie zależy przede wszystkim od bogatych w proteiny warstw na powierzchni pianki. Jednak badania Vermanta wykazały, że sprawa jest znacznie bardziej skomplikowana.
Okazuje się, że jeśli chodzi o belgijskie piwa typu ale to najbardziej stabilną pianę mają Tripel, mniej stabilną Dubbel, a najmniej stabilną te, które przeszły mniej intensywną fermentację i mają najniższą zawartość alkoholu (Singel). Dwa lagery z dużych szwajcarskich browarów również miały piankę, której stabilność można było porównać z belgijskimi ale, jednak reguły fizyczne zapewniające tę stabilność były inne.
W piwach typu lager elementem decydującym o stabilności pianki jest lepkosprężystość powierzchni. O niej zaś decydują białka obecne w piwie oraz ich denaturacja. Im więcej białek, tym bardziej sztywna błona tworzy się wokół bąbelków w piance i tym bardziej stabilna pianka. Jednak w piwach typu Tripel lepkosprężystość jest minimalna. Tutaj o niezwykłej stabilności pianki decyduje efekt Marangoniego, transfer masy wzdłuż granicy faz w wyniku gradientu napięcia powierzchniowego. Można go zaobserwować w domu wsypując do szklanki wody nieco pokruszonych liści herbaty. Rozłożą się one równomiernie na powierzchni. Gdy dodamy teraz kroplę mydła, zostaną one gwałtownie ściągnięte ku brzegom, przez co na powierzchni powstają prądy. Na piwie, jeśli utrzymają się one dłużej, stabilizują pęcherzyki w pianie.
W belgijskich Singel bogate w białka otoczki wokół pęcherzyków piany zachowują się jak drobne kuliste cząstki, układają się gęsto na powierzchni pęcherzyków, tworząc coś na podobieństwo dwuwymiarowej zawiesiny – mieszaniny cieczy i drobnych ciał stałych – co stabilizuje pęcherzyki. W Dubbel białka tworzą strukturę siatki, rodzaj siatkowatej błony, co jeszcze lepiej stabilizuje pianę. Z kolei w Tripel zachodzą skomplikowane zjawiska podobne do tych, które obserwuje się w prostych surfaktantach, co czyni piankę wyjątkowo stabilną.
Mimo siedmiu lat badań naukowcy nie dowiedzieli się dokładnie, skąd to odmienne zachowanie. Wszystko wskazuje jednak na to, że kluczową rolę w stabilizacji piany odgrywa białko LTP1. Profesor Vermant podkreśla, że stabilność pianki na piwie nie jest zależna od czynników liniowych. Nie wystarczy zmienić jednego elementu i uzyskać ideał. Na przykład jeśli zwiększymy lepkość, pianka stanie się bardziej niestabilna, gdyż osłabi to efekt Marangoniego. Kluczowe jest dostrojenie jednego czynnika w danym czasie tak, by nie doprowadził to do zmiany innych elementów. W piwie odbywa się to w sposób naturalny.
Badania nad pianką na piwie mogą wydawać się mało poważne, jednak ich znaczenie wykracza znacznie poza spożycie złotego napoju. Na przykład lubrykanty stosowane w samochodach elektrycznych mogą ulec spienianiu, co stanowi poważny problem. Dlatego też zespół Vermanta współpracuje obecnie z Shellem i innymi firmami badając, w jaki sposób można uniknąć powstawania piany tam, gdzie jest to niepożądane. Inną korzyścią z badań Vermanta jest poczynienie postępu w kierunku stworzenia surfaktantów wolnych od silikonu czy fluoru. Szwajcarscy uczeni zaangażowani są też w badania nad pianami jako systemami do przenoszenia bakterii oraz nad stabilizacją piany z mleka.
Więcej o badaniach nad stabilnością piwnej pianki można przeczytać w piśmie Physics of Fluid.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Spotkanie, o którym poinformowaliśmy, nigdy nie miało miejsca. To żart primaaprilisowy. :)
Ostatnie działania administracji prezydenta Trumpa wywołały spory niepokój w amerykańskim środowisku naukowym. Biały Dom, chcąc rozpoznać i załagodzić sytuację, zorganizował nieformalne spotkanie prezydenta z przedstawicielami Narodowej Fundacji Nauki (NSF). To niezależna agenda rządu federalnego, której zadaniem jest wspieranie badań i edukacji na wszystkich pozamedycznych polach nauki i inżynierii. Z budżetem sięgającym 10 miliardów dolarów NSF finansuje około 25% badań podstawowych wspieranych z budżetu federalnego.
Z nieoficjalnych doniesień wynika, że spotkanie przebiegało w bardzo dobrej atmosferze, prezydent wypytywał o największe wyzwania i potrzeby amerykańskiej nauki. Ku zdziwieniu zebranych miał też ze spokojem i zrozumieniem przyjmować – lekką co prawda i kulturalną – krytykę swoich dotychczasowych działań. Jeden z biorących w nim udział naukowców zdradził redakcji PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), pod warunkiem zachowania anonimowości, że rozmowa z gospodarzem Białego Domu przebiegała znacznie lepiej, niż sobie wyobrażał. Wydawało się, że prezydent rozumie obawy naukowców i rzeczywiście się nimi przejmuje.
Sytuacja uległa zmianie, gdy Donald Trump zapytał o amerykańską fizykę. Naukowcy powiedzieli mu m.in. o amerykańskim udziale w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) i w innych międzynarodowych projektach związanych z akceleratorami. Prezydent spytał o amerykańskie akceleratory i dowiedział się, że USA nie posiadają równie dużego co LHC. Gdy zaczął wypytywać o szczegóły, uczeni wyjaśnili mu, że budowa takiego akceleratora trwa wiele lat i jest niezwykle kosztowna. Wówczas Donald Trump powiedział coś, co niemal przyprawiło mnie o zawał, stwierdził rozmówca PNAS. Prezydent stwierdził, że USA powinny wycofać się z Wielkiego Zderzacza Hadronów, zaoszczędzone pieniądze przeznaczyć na budowę amerykańskiego akceleratora i... zabrać amerykańskie części z LHC. Dodał, że zleci administracji odpowiednie działania i analizy prawne, a jeśli są jakieś umowy, to Stany Zjednoczone je wypowiedzą.
Naukowcy próbowali wyperswadować mu ten pomysł, jednak Donald Trump upierał się, że pieniądze amerykańskich podatników powinny być przeznaczane na rozwój amerykańskiej nauki i zapewniać naukowcom miejsca pracy w USA, a nie za granicą. Spotkanie, jak łatwo się domyślić, nie zakończyło się w równie dobrej atmosferze, w jakiej się toczyło.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Claudio Pellegrini z brazylijskiego Uniwersytetu Federalnego w São João del-Rei obliczył, jaki kształt powinna mieć szklanka do piwa, by jak najdłużej utrzymać niską temperaturę napoju. Problem temperatury piwa trapi naukowców od dawna. Już przed 11 laty klimatolodzy z University of Washington prowadzili obliczenia i eksperymenty, które dały odpowiedź na pytanie, dlaczego w letni dzień piwo tak szybko się ogrzewa.
Większość osób woli pić piwo ze szklanki niż z kufla. Jednak piwo w takim naczyniu szybciej się ogrzewa. Pellegrini, który opublikował wyniki swoich badań na łamach arXiv, postanowił poszukać optymalnego kształtu szklanki, opierając się na podstawach fizyki dotyczących transferu ciepła. W swojej pracy nie brał pod uwagę czynników zewnętrznych, takich jak ciepło dłoni czy rodzaj szkła. Badał jedynie, w jaki sposób kształt wpływa na tempo przepływu energii cieplnej.
Swoje obliczenia rozpoczął od standardowego kształtu i rozmiaru typowej szklanki o prostych ściankach i takiej samej średnicy na górze i na dole. Dla każdego ze sprawdzanych kształtów przyjął taką samą temperaturę napoju oraz założył, że samo szkło ma pomijalną rezystancję termiczną.
Okazało się, że ludzkość – bez naukowych obliczeń – stworzyła już idealny kształt szklanki do piwa. Okazało się, że złocisty napój ogrzewa się najwolniej w szklance z dnem o niewielkiej średnicy, która stopniowo rozszerza się ku górze.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Tachiony to hipotetyczne cząstki, poruszające się szybciej niż światło. Jeszcze do niedawna uważano, że ich istnienie nie mieści się w ramach szczególnej teorii względności. Jednak praca, opublikowana przez fizyków z Uniwersytetu Warszawskiego i University of Oxford dowodzi, że nie jest to opinia prawdziwa. Tachiony nie tylko nie są wykluczone przez szczególną teorię względności, ale pozwalają ją lepiej zrozumieć, dowodzą profesorowie Artur Ekert, Andrzej Dragan, doktorzy Szymon Charzyński i Krzysztof Turzyński oraz Jerzy Paczos, Kacper Dębski i Szymon Cedrowski.
Istniały trzy powody, dla których tachiony nie pasowały do teorii kwantowej. Po pierwsze, stan podstawowy pola tachionowego miał być niestabilny, a to oznaczało, że te poruszające się szybciej niż światło cząstki tworzyłyby się same z siebie. Po drugie, zmiana obserwatora miałaby prowadzić do zmiany liczby cząstek. Po trzecie, ich energia miałaby przyjmować wartości ujemne.
Z pracy opublikowanej na łamach Physical Review D dowiadujemy się, że problemy z tachionami miały wspólną przyczyną. Okazało się bowiem, że aby obliczyć prawdopodobieństwo procesu kwantowego, w którym udział biorą tachiony, trzeba znać zarówno jego przeszły stan początkowy, jak i końcowy. Gdy naukowcy uwzględnili to w teorii, znikają problemy związane z tachionami, a sama teoria okazała się matematycznie spójna.
Idea, że przyszłość może mieć wpływ na teraźniejszość zamiast teraźniejszości determinującej przyszłość nie jest w fizyce nowa. Jednak dotąd tego typu spojrzenie było co najwyżej nieortodoksyjną interpretacją niektórych zjawisk kwantowych, a tym razem do takiego wniosku zmusiła nas sama teoria. Żeby „zrobić miejsce” dla tachionów musieliśmy rozszerzyć przestrzeń stanów, mówi profesor Dragan.
Autorzy badań zauważają, że w wyniku rozszerzenia przez nich warunków brzegowych, pojawia się nowy rodzaj splątania kwantowego, w którym przeszłość miesza się z przeszłością. Ich zdaniem, tachiony to nie tylko możliwy, ale koniczny składnik procesu spontanicznego łamania symetrii odpowiedzialnego za powstanie materii. To zaś może oznaczać, że zanim symetria zostanie złamana, wzbudzenie pola Higgsa może przemieszczać się z prędkościami większymi od prędkości światła.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.