Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Taniec fistaszków w piwie opisany przez międzynarodowy zespół fizyków

Recommended Posts

W Argentynie niektórzy miłośnicy piwa wsypują do kufla fistaszki. Te najpierw toną, później zaś unoszą się na powierzchnię, a następnie znowu toną i znowu się wynurzają. Fizyka fistaszków tańczących w piwie to tytuł artykułu naukowego, w którym akademicy z Niemiec, Francji i Wielkiej Brytanii opisują i wyjaśniają ten fenomen z punktu widzenia fizyki. Dzięki przeprowadzonej przez nich serii eksperymentów  możemy poznać tajemnicę interakcji orzeszków z piwem i przy najbliższej okazji pochwalić się znajomym, że wiemy, na czym ona polega.

Orzeszki są cięższe od piwa, więc w nim toną. Jednak na dnie stają się miejscami nukleacji (zarodkowania), gromadzenia się bąbelków dwutlenku węgla obecnych w piwie. A gdy bąbelków zgromadzi się wystarczająco dużo, orzeszek zyskuje pływalność i podąża do góry. Gdy dociera na powierzchnię, przyczepione do niego bąbelki ulatniają się, a proces ten ułatwia obracanie się orzeszka. Fistaszek traci pływalność i znowu tonie. Proces powtarza się dopóty, dopóki napój jest na tyle nasycony gazem, by dochodziło do zarodkowania.

Badający to zjawisko naukowcy zauważyli, że przyczepiające się do orzeszka bąbelki nie są tymi samymi, które samoistnie unoszą się w górę w piwie. Powierzchnia orzeszka powoduje tworzenie się bąbelków, które rosną, gromadzą się i w końcu nadają mu pływalność.

W rozważanym przypadku do nukleacji gazu, czyli pojawienia się bąbelków, może dojść w samym piwie, na szkle naczynia oraz na orzeszku. Zajmujący się tym poważnym problemem międzynarodowy zespół wyliczył, że z energetycznego punktu widzenia najbardziej korzystna jest nukleacja gazu na orzeszku, a najmniej korzystne jest tworzenie się bąbelków w samym piwie. Dlatego też tak łatwo bąbelki gromadzą się wokół fistaszka i go wypychają. Uczeni wyliczyli nawet, że idealny promień bąbelka przyczepionego do orzeszka wynosi mniej niż 1,3 milimetra.

Można się oczywiście zżymać, że naukowcy tracą pieniądze podatników na niepoważne badania. Nic jednak bardziej mylnego. Tańczące w piwie fistaszki pozwalają lepiej zrozumieć działanie zarówno przyrody, jak i niektóre procesy przemysłowe. To, co dzieje się w orzeszkiem w piwie jest bardzo podobne do zjawisk zachodzących w czasie procesu flotacji, wykorzystywanego na przykład podczas oddzielania rud minerałów, recyklingu makulatury czy oczyszczania ścieków.

Badacze zapowiadają, że nie powiedzieli jeszcze ostatniego słowa. Mają bowiem zamiar kontynuować swoje prace, używając przy tym różnych orzeszków i różnych piw.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      TauriALE, pierwsze w Czechach „celtyckie piwo”, to wynik współpracy naukowców z Uniwersytetu Karola w Pradze z Richardem Antlem i Martiną Duchoslalovą z mikrobrowaru Lesia. Składniki do produkcji piwa zostały określone dzięki analizie pyłków znalezionych w glebie z wczesnoceltyckiego pochówku na Morawach. Pyłki zostały znalezione podczas wykopalisk prowadzonych w latach 2020–2021 na stanowisku archeologicznym Býčí Skála w Krasie Morawskim. Odkryte w 1867 roku jest jednym z najważniejszych stanowisk religijnych i pogrzebowych kultury halsztackiej w Europie Środkowej.
      Zuzana Golec Mírová z Uniwersytetu Karola mówi, że celem prowadzonych przed dwoma laty wykopalisk było pobranie próbek gleby na potrzeby badań laboratoryjnych. W glebie znajdowały się pyłki licznych roślin, a analizy wykazały wśród nich obecność prosa i licznych ziół, które były składnikami do produkcji piwa. Naukowcy uważają, że składniki te celowo złożono podczas pochówku, jako prezent dla zmarłej osoby i jej wyposażenie do życia w zaświatach. To znana w wielu czasach, kulturach i cywilizacjach praktyka polegająca na wyposażeniu zmarłego we wszystko, czego będzie potrzebował w przyszłym życiu. Na stanowisku Býčí Skála chowano elitę, która chciała mieć co jeść i pić po śmierci. Stąd też składniki do warzenia piwa.
      Zwykle w skład prehistorycznego piwa wchodziły ingrediencje służące do nadania mu smaku oraz takie, które je konserwowały. Mamy tutaj więc pyłki wiązówki błotnej, szałwi lekarskiej i bylicy pospolitej, które nadawały piwu gorzki smak. Niespodziewanym odkryciem były zaś pyłki koniczyny. Zwykle nie była ona używana do produkcji piwa. Zdaliśmy sobie jednak sprawę, że to najpowszechniej występujący pyłek w miodzie. Prawdopodobnie więc piwo było słodzone miodem, mówi Golec-Mírová.
      Zdaniem uczonej, klienci będą zaskoczeni smakiem TauriALE. Różni się ono od współczesnych piw, gdyż nie ma w nim chmielu, ten bowiem jest dodawany do piwa dopiero od około 1000 lat. Zioła nadają napojowi gorzkiego i kwaśnego smaku, przypomina on inne tradycyjne piwa, których receptury próbuje się odtwarzać.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W pierwszej połowie XIX wieku Duńczycy szczególnie polubili piwo, co wiązało się z gwałtownym rozwojem przemysłu piwowarskiego. To rosnące zamiłowanie do złocistego napoju zbiegło się z trwającym mniej więcej w latach 1800–1850 złotym wiekiem duńskiego malarstwa. Jak się okazuje, oba te zjawiska miały więcej wspólnego niż mogłoby się wydawać. Przeprowadzone właśnie badania potwierdziły, że duńscy mistrzowie malarstwa używali pozostałości po warzeniu piwa do przygotowania płótna pod swoje dzieła.
      Aby uzyskać oczekiwane przez siebie efekty, malarze musieli najpierw użyć substancji, które pomogą farbom utrzymać się na płótnie. Duńczycy wytwarzali i wypijali w tym czasie olbrzymie ilości piwa, a że woda w rzekach nie była zbyt czysta, przemysł piwowarski wytwarzał dużą ilość odpadów. Historyczne teksty sugerują, że odpady te mogły być wykorzystywane do zagruntowania płótna. Dlatego tez naukowcy postanowili sprawdzić, czy to prawda.
      Uczeni przeanalizowali skład chemiczny 10 obrazów autorstwa Christoffera Wilhelma Eckersberga, zwanego ojcem duńskiego malarstwa, oraz jego ucznia Christena Schiellerupa Købke. Wykorzystali przy tym próbki pobrane jeszcze w latach 60. ubiegłego wieku. Teraz, korzystając ze spektrometrii mas, mogli zidentyfikować proteiny wchodzące w skład podkładu. Znaleźli w próbkach duże ilości białek typowych dla procesu warzenia piwa, a pochodzących z jęczmienia, pszenicy, gryki i żyta. Potwierdzono więc zapiski czynione przez samych malarzy, a wiedza ta będzie miała znaczenie jak najbardziej praktyczne. Eksperci będą mogli ją wykorzystać podczas prac konserwatorskich.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fizyka zajmuje się zróżnicowanym zakresem badań, od bardzo przyziemnych, po niezwykle abstrakcyjne. Koreańsko-niemiecki zespół badawczy, na którego czele stał Wenjing Lyu postanowił przeprowadzić jak najbardziej przyziemne badania, a wynikiem jego pracy jest artykuł pt. „Eksperymentalne i numeryczne badania piany na piwie”.
      Naukowcy zajęli się odpowiedzią na wiele złożonych pytań dotyczących dynamiki tworzenia się piany na piwie, co z kolei może prowadzić do udoskonalenia metod warzenia piwa czy nowej architektury dysz, przez które piwo jest nalewane do szkła. Tworzenie się pianki na piwie to skomplikowana gra pomiędzy składem samego piwa, naczynia z którego jest lane a naczyniem, do którego jest nalewane. Naukowcy, browarnicy i miłośnicy piwa poświęcili tym zagadnieniom wiele uwagi. Autorzy najnowszych badań skupili się zaś na opracowaniu metody, która pozwoli najtrafniej przewidzieć jak pianka się utworzy i jakie będą jej właściwości.
      Piana na piwie powstaje w wyniku oddziaływania gazu, głównie dwutlenku węgla, wznoszącego się ku górze. Tworzącymi ją składnikami chemicznymi są białka brzeczki, drożdże i drobinki chmielu. Pianka powstaje w wyniku olbrzymiej liczby interakcji chemicznych i fizycznych. Jest on cechą charakterystyczną piwa. Konsumenci definiują ją ze względu na jej stabilność, jakość, trzymanie się szkła, kolor, strukturę i trwałość. Opracowanie dokładnego modelu formowania się i zanikania pianki jest trudnym zadaniem, gdyż wymaga wykorzystania złożonych modeli numerycznych opisujących nieliniowe zjawiska zachodzące w pianie, czytamy w artykule opisującym badania.
      Naukowcy wspominają, że wykorzystali w swojej pracy równania Reynoldsa jako zmodyfikowane równania Naviera-Stokesa (RANS), w których uwzględnili różne fazy oraz przepływy masy i transport ciepła pomiędzy tymi masami. Liu i jego zespół wykazali na łamach pisma Physics of Fluids, że ich model trafnie opisuje wysokość pianki, jej stabilność, stosunek ciekłego piwa do pianki oraz objętość poszczególnych frakcji pianki.
      Badania prowadzono we współpracy ze startupem Einstein 1, który opracowuje nowy system nalewania piwa. Magnetyczna końcówka jest w nim wprowadzana na dno naczynia i dopiero wówczas rozpoczyna się nalewanie piwa, a w miarę, jak płynu przybywa, końcówka wycofuje się. Naukowcy zauważyli, że w systemie tym pianka powstaje tylko na początku nalewania piwa, a wyższa temperatura i ciśnienie zapewniają więcej piany. Po fazie wstępnej tworzy się już sam płyn. Tempo opadania piany zależy od wielkości bąbelków. Znika ona mniej więcej po upływie 25-krotnie dłuższego czasu, niż czas potrzebny do jej formowania się.
      W następnym etapie badań naukowcy będą chcieli przyjrzeć się wpływowi końcówki do nalewania na proces formowania się piany i jej stabilność.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dr Kinga Adamenko z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu (UPWr) wykorzystała owoce derenia do produkcji octu, miodów pitnych, cydru i piwa. W napojach przygotowanych z wykorzystaniem nowych technologii zachowane zostały wysokie zawartości i aktywność związków wykazujących działanie prozdrowotne. Innowacyjne produkty fermentowane mają wysoki potencjał antyoksydacyjny.
      Odnosząc się do wyboru tematu rozprawy doktorskiej, Adamenko podkreśla, że w pracy badawczej od początku chciała zajmować się procesami fermentacyjnymi, głównie właśnie pod kątem projektowania nowych napojów fermentowanych.
      Zaczęło się od octów
      Adamenko nawiązała współpracę z dr hab. inż. Alicją Kucharską, która zajmuje się badaniami nad owocami derenia jadalnego. Pierwsze badania ówczesna doktorantka prowadziła nad octami dereniowymi. Było to prawdziwe novum, ponieważ wcześniej nikt nie opisał technologii ich produkcji. Brakowało też prac o właściwościach takich octów.
      Zadowalające wyniki stanowiły punkt wyjścia do dalszych badań. Po raz pierwszy wykorzystałam owoce derenia do produkcji miodów pitnych, napojów niskoalkoholowych na bazie jabłek typu cydr oraz w produkcji piw, również bezalkoholowych.
      Nowatorskie metody w technologii fermentacji
      Adamenko opracowała nowe technologie produkcji napojów fermentowanych z dodatkiem soku z derenia. Zidentyfikowała w nich po raz pierwszy i opisała bioaktywne związki z grupy irydoidów. Potwierdziła także występowanie innych grup związków biologicznie aktywnych: antocyjanów, kwasów fenolowych czy flawonoli. Dodatkowo wzbogaciłam zaprojektowane napoje w cztery związki irydoidowe: kwas loganowy, swerozyd, loganinę oraz kornuzyd. Dominującym irydoidem był kwas loganowy, który ma udowodnione działanie prozdrowotne, w tym przeciwzapalne, antybiotyczne, hipotensyjne czy też antykancerogenne - wyjaśnia dr Adamenko.
      Nowe technologie miały umożliwiać zachowanie wysokiej zawartości i aktywności związków biologicznie aktywnych, dlatego Adamenko analizowała wpływ różnych zabiegów. [...] Dokładnie zbadała wpływ przygotowania brzeczki fermentacyjnej, materiału biologicznego, fermentacji burzliwej oraz cichej, procesu leżakowania, jak również zmiennych parametrów produkcyjnych. Koniec końców udało się jej uzyskać innowacyjne i wartościowe produkty fermentowane.
      Świeże spojrzenie na piwa kwaśne i bezalkoholowe
      W piwach kwaśnych specjalistki z UPWr czynnikiem naturalnie zakwaszającym jest sok z derenia (wykorzystano jego specyficzne właściwości fizykochemiczne i sensoryczne). To ciekawa alternatywa dla klasycznej technologii produkcji, w ramach której wykorzystywane są drobnoustroje z grupy bakterii kwasu mlekowego.
      Drugi aspekt aplikacyjny dotyczył opisanej po raz pierwszy na świecie technologii produkcji owocowych piw bezalkoholowych metodą biologiczną z wykorzystaniem szczepu drożdży Saccharomycodes ludwigii WSL17.
      Nagroda za wyróżniającą się pracę doktorską
      Warto dodać, że Adamenko została laureatką nagrody Prezesa Rady Ministrów za osiągnięcia w zakresie działalności naukowej w roku 2020. Nagrodzono ją w kategorii „Wyróżniająca się rozprawa doktorska”.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Trzmiel nie powinien latać, ale o tym nie wie, i lata, Lot trzmiela przeczy prawom fizyki. Setki tysięcy trafień w wyszukiwarkach, rozpaleni komentatorzy i teorie spiskowe, posiłkujące się tym mitem pokazują, jak bardzo trwałe potrafią być niektóre fałszywe przekonania. Bo przecież niemal każdy z nas słyszał, że zgodnie z prawami fizyki trzmiel latać nie powinien i każdy z nas widział, że jednak lata. Naukowcy najwyraźniej coś przed nami ukrywają lub coś nie tak jest z fizyką. A może coś nie tak jest z przekonaniem o niemożności lotu trzmiela?
      Obecnie trudno dociec, skąd wziął się ten mit. Jednak z pewnością możemy stwierdzić, że swój udział w jego powstaniu miał francuski entomolog Antoine Magnan. We wstępie do swojej książki La Locomotion chez les animaux. I : le Vol des insectes z 1934 roku napisał: zachęcony tym, co robione jest w lotnictwie, zastosowałem prawa dotyczące oporu powietrza do owadów i, wspólnie z panem Sainte-Lague, doszliśmy do wniosku, że lot owadów jest niemożliwością. Wspomniany tutaj André Sainte-Laguë był matematykiem i wykonywał obliczenia dla Magnana. Warto tutaj zauważyć, że Magnan pisze o niemożności lotu wszystkich owadów. W jaki sposób w popularnym micie zrezygnowano z owadów i pozostawiono tylko trzmiele?
      Według niektórych źródeł opowieść o trzmielu, który przeczy prawom fizyki krążyła w latach 30. ubiegłego wieku wśród studentów niemieckich uczelni technicznych, w tym w kręgu uczniów Ludwiga Prandtla, fizyka niezwykle zasłużonego w badaniach nad fizyką cieczy i aerodynamiką. Wspomina się też o „winie” Jakoba Ackereta, szwajcarskiego inżyniera lotnictwa, jednego z najwybitniejszych XX-wiecznych ekspertów od awiacji. Jednym ze studentów Ackerta był zresztą słynny Wernher von Braun.
      Niezależnie od tego, w jaki sposób mit się rozwijał, przyznać trzeba, że Magnan miałby rację, gdyby trzmiel był samolotem. Jednak trzmiel samolotem nie jest, lata, a jego lot nie przeczy żadnym prawom fizyki. Na usprawiedliwienie wybitnych uczonych można dodać, że niemal 100 lat temu posługiwali się bardzo uproszczonymi modelami skrzydła owadów i jego pracy. Konwencjonalne prawa aerodynamiki, używane do samolotów o nieruchomych skrzydłach, rzeczywiście nie są wystarczające, by wyjaśnić lot owadów. Tym bardziej, że Sainte-Laguë przyjął uproszczony model owadziego skrzydła. Tymczasem ich skrzydła nie są ani płaskie, ani gładkie, ani nie mają kształtu profilu lotniczego. Nasza wiedza o locie owadów znacząco się zwiększyła w ciągu ostatnich 50 lat, a to głównie za sprawą rozwoju superszybkiej fotografii oraz technik obliczeniowych. Szczegóły lotu trzmieli poznaliśmy zaś w ostatnich dekadach, co jednak nie świadczy o tym, że już wcześniej nie wiedziano, że trzmiel lata zgodnie z prawami fizyki.
      Z opublikowanej w 2005 roku pracy Short-amplitude high-frequency wing strokes determine the aerodynamics of honeybee flight autorstwa naukowców z Kalifornijskiego Instytut Technologicznego (Caltech) oraz University of Nevada, dowiadujemy się, że większość owadów lata prawdopodobnie dzięki temu, iż na krawędzi natarcia ich skrzydeł tworzą się wiry. Pozostają one „uczepione” do skrzydeł, generując siłę nośną niezbędną do lotu. U tych gatunków, których lot udało się zbadać, amplituda uderzeń skrzydłami była duża, a większość siły nośnej było generowanej w połowie uderzenia.
      Natomiast w przypadku pszczół, a trzmiele są pszczołami, wygląda to nieco inaczej. Autorzy badań wykazali, że pszczoła miodna charakteryzuje się dość niewielką amplitudą, ale dużą częstotliwością uderzeń skrzydłami. W ciągu sekundy jest tych uderzeń aż 230. Dodatkowo, pszczoła nie uderza skrzydłami w górę i w dół. Jej skrzydła poruszają się tak, jakby ich końcówki rysowały symbol nieskończoności. Te szybkie obroty skrzydeł generują dodatkową siłę nośną, a to kompensuje pszczołom mniejszą amplitudę ruchu skrzydłami.
      Obrany przez pszczoły sposób latania nie wydaje się zbyt efektywny. Muszą one bowiem uderzać skrzydłami z dużą częstotliwością w porównaniu do rozmiarów ich ciała. Jeśli przyjrzymy się ptakom, zauważymy, że generalnie, rzecz biorąc, mniejsze ptaki uderzają skrzydłami częściej, niż większe. Tymczasem pszczoły, ze swoją częstotliwością 230 uderzeń na sekundę muszą namachać się więcej, niż znacznie mniejsza muszka owocówka, uderzająca skrzydłami „zaledwie” 200 razy na sekundę. Jednak amplituda ruchu skrzydeł owocówki jest znacznie większa, niż u pszczoły. Więc musi się ona mniej napracować, by latać.
      Pszczoły najwyraźniej „wiedzą” o korzyściach wynikających z dużej amplitudy ruchu skrzydeł. Kiedy bowiem naukowcy zastąpili standardowe powietrze (ok. 20% tlenu, ok. 80% azotu) rzadszą mieszaniną ok. 20% tlenu i ok. 80% helu, w której do latania potrzebna jest większa siła nośna, pszczoły utrzymały częstotliwość ruchu skrzydeł, ale znacznie zwiększyły amplitudę.
      Naukowcy z Caltechu i University of Nevada przyznają, że nie wiedzą, jakie jest ekologiczne, fizjologiczne i ekologiczne znaczenie pojawienia się u pszczół ruchu skrzydeł o małej amplitudzie. Przypuszczają, że może mieć to coś wspólnego ze specjalizacją w kierunku lotu z dużym obciążeniem – pamiętajmy, że pszczoły potrafią nosić bardzo dużo pyłku – lub też z fizjologicznymi ograniczeniami w budowie ich mięśni. W świecie naukowym pojawiają się też głosy mówiące o poświęceniu efektywności lotu na rzecz manewrowości i precyzji.
      Niezależnie jednak od tego, czego jeszcze nie wiemy, wiemy na pewno, że pszczoły – w tym trzmiele – latają zgodnie z prawami fizyki, a mit o ich rzekomym łamaniu pochodzi sprzed około 100 lat i czas najwyższy odłożyć go do lamusa.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...