Ученые из Массачусетского технологического института (США) во главе с молодым математиком Пьером-Томасом Брюном (Pierre-Thomas Brun), совместно с коллегами из Федеральной политехнической школы в Лозанне (Швейцария) разобрались в механизмах, благодаря которым пена на жидкости, налитой в стакан, гасит возникающие в ней волны. Статью об этом, опубликованную в журнале Physics of Fluids, пересказывает прес-релиз Американского института физики.
На бытовом уровне с проблемой, заинтересовавшей ученых, сталкивался практически каждый. Если раскачать кружку пива (например, чокаясь с друзьями), в ней возникнут волны, которые будут постепенно угасать. С точки зрения математики, теоретически, их амплитуда должна убывать по экспоненте, причем асимптотически приближаясь к нулю — то есть затухать бесконечно. Однако на практике этого не происходит: напротив, волны в кружке с пивом затухают полностью и быстрее, чем предусматривает такая модель.
Брюн с коллегами, тщательно смоделировав происходящие в кружке с пивом процессы, выяснили, что все дело в капиллярных силах (или, как их еще называют, капиллярных явлениях). Эти силы основаны на поверхностном натяжении воды и отвечают в природе за множество разных процессов, от скольжения водомерки по поверхности воды и до подъема воды по сосудам в стебле растения.
В данном случае капиллярные силы в пузырьках пены создают крошечный градиент давления между у стенок кружки. Из-за этого, в свою очередь, там же, у стенок образуются микротечения, которые и гасят волны. «Эти капиллярные силы малы, но приобретают большую важность, когда масштабы движений тоже становятся маленькими», — объяснил Брюн.
Пока что ученые построили подробную модель только для пенной жидкости. Однако они предполагают — и собираются вскоре это математически доказать — что с жидкостью без пены происходит то же самое, только в меньших масштабах. Ведь у стенок сосуда, в который налита такая жидкость, тоже образуются капиллярные силы, только в гораздо меньшем количестве — потому что пузырьки многократно увеличивают поверхность соприкосновения.
Конечно, результаты этих исследований применимы далеко не только к пиву. В перспективе авторы рассчитывают на их основе выяснить, как можно погасить волны, например, в топливе в баке ракеты, или на поверхности нефти в трюме танкера — в обоих этих случаях они могут быть потенциально опасными.
И все же работу Брюна с коллегами тоже можно отчасти поставить в один ряд с другими «алкогольными» исследованиями последнего времени. В результате которых мы узнали, например, что большие стаканы стимулируют пить больше вина, а ощущения счастья при этом растет — но только первое время.
[На фотографии: волны в бокале пива. Пьер-Томас Брюн и Франческо Виола]
