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[其他相关] 经典物理学最后的诺贝尔奖课题——如何倒啤酒

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发表于 2018-12-6 10:44 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  为什么说“如何倒啤酒”成为了诺贝尔奖课题呢?

  其实,倒啤酒过程中,啤酒一般处于湍流状态,而著名物理学家理查德·费曼(1965年诺贝尔物理奖得主)曾将湍流称为“经典物理学中最后一个尚未解决的重要问题”,也可以理解为湍流将是经典物理学中最后一个有可能授予诺贝尔奖的难题。
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  本文内容的学术说法是:“湍流中的能量耗散对多相复杂流各相成分占比影响的机理研究”,简单地说,就是“捣鼓如何倒啤酒才能减少泡沫子”。。。

  言归正传,倒啤酒时我们都会遇到一个问题:一不小心就会有大量泡沫溢出!

  泡沫是如何产生的?应该如何让泡沫最少?本文就带你了解其中的原理,手把手教你解锁各种倒啤酒的姿势。

  啤酒气泡来源
  啤酒是一种以麦芽、水为主要原料,加啤酒花,经酵母发酵酿制而成的发酵酒,也可称作是一种气泡酒。

  瓶装或者罐装的啤酒是二氧化碳的过饱和溶液,这些二氧化碳主要有两种来源:

    · 一种是发酵过程中酵母自然产生的;

    · 另一种是在工业灌装的过程中加入的。

  如果啤酒有剧烈的运动(摇晃或快速倒入杯子里),溶解的二氧化碳就会分离出来,形成很多气泡,在液面上会留有大量白色泡沫。

  啤酒中气体逸出原理
  首先,由能量守恒定律:
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  可知,总能量E 是由机械能和内能Q 组成,而机械能又包括动能Ek 和势能Eg,内能Q 包括分子动能和分子势能。

  宏观来讲,内能一般是指阻力做的负功或因做功产生的热量。如果一个运动体系产生了内能,说明机械能总和 (Ek+Eg)减少。

  由此可知,当液体内能增加,其内部溶解的气体分子动能会随着增加,从而加快气体的逸出速度。而啤酒中二氧化碳逸出的速度同样取决于啤酒的内能,其内能越大,二氧化碳逸出速度便越快。
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  因此,当啤酒从酒瓶(高位置)倒入杯子(低位置),在啤酒与杯子接触之前,啤酒的势能Eg 减小,动能Ek 增加,理想条件下机械能总和 (Ek+Eg) 不变。

  然而,啤酒与杯子碰撞后,啤酒动能Ek 减小,导致机械能减小,而减小的机械能却转化为了内能,此时溶解在啤酒中的二氧化碳迅速吸收这些能量逸出,从而形成了大量的泡沫。
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  啤酒液滴落地后,动能耗散导致气体逸出(图摘自网络)

  因此,倒啤酒过程实际为能量转化过程,即消耗的机械能转换成啤酒内能促使溶解的二氧化碳逸出,从而产生气泡,进而累积成泡沫。不过,恒温条件下,即使没有干扰,二氧化碳过饱和的啤酒中二氧化碳逸出也是必然会发生的,不过相对于动能耗散的作用而言其还是比较弱的。

  啤酒泡沫的特点
  说起啤酒泡沫,就会想起可乐等碳酸饮料的泡沫。那么,问题来了:可乐气泡和啤酒泡沫是一样的吗?
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  啤酒泡沫溶解动图(图摘自网络)

  答案是否定的!

  碳酸饮料,顾名思义二氧化碳都是装瓶时人工压入的,而且其产生的泡沫会很快破碎并且伴随小液滴向周围喷溅,因而很难持久漂浮在液面上。
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  可乐泡沫破裂伴随液滴喷溅(图摘自网络)

  然而,我们发现:啤酒泡沫却需要很长时间才能全部溶解。到底是为什么呢?

  其实,啤酒酿造过程中,主要原料大麦会遭受真菌感染,产生大量可以作为表面剂的有机物分子,这些有机分子会吸附发酵时产生的二氧化碳,起到(泡沫)表面活性剂的作用,让泡沫不容易破碎,从而更容易形成稳定持久的泡沫。

  因此,碳酸饮料的泡沫和啤酒的泡沫产生机制虽然基本相同,但是物理性质却有明显差异。

  如何控制泡沫量
  经常喝啤酒的人会发现,并不是倒出的泡沫量越少越好!有些啤酒没有泡沫的话口感会很差。

  美式啤酒的IPA啤酒倾倒速度就算再快泡沫量也是很少;比利时的金卡路啤酒,成功的倒酒出来后泡沫要和酒体等高;而在很多场合,追求的却是产生漂亮的泡沫。要控制啤酒泡沫量,即控制二氧化碳逸出量,根本上就是控制啤酒机械能的转化。本文主要讲如何减小气泡量。

  从上面理论解释可知,如果想减少气泡量,就应该在倒酒的过程中尽量保证流动稳定、缓慢、没有突然的加速和减速、没有明显的涡流。

  OK,下面是解锁的正确倒啤酒姿势:

    · 沿着杯壁倒酒,利用杯壁的阻力减慢啤酒的流动。

    · 杯子的倾斜角尽量大。一开始可让杯子水平,随着啤酒的注入不断减小杯子倾斜度,直至盛满且杯子垂直。这样可以进一步减小液体接触到杯底减速时的动能耗散。为了动作优雅,一般初始角度控制在45°左右即可。
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    · 啤酒瓶本身倾斜不要太严重。要保证不在瓶口出现咕嘟咕嘟的气泡,即防止开始就引起二氧化碳大量逸出。

    · 尽量擦除杯壁异物。气泡产生还会依托于酒杯的某些汽化中心,仔细看高脚杯中的啤酒就会发现气泡总是从杯壁上特定的几个点冒出来的,而汽化中心正是由酒杯壁上附着的空气漂浮物引起的。

    · 最最关键的一点仍然是:慢点倒!

  其实,以上五点无不是以减小啤酒动能耗散为目的的,只要能正确掌握这几个姿势,就能倒出一手好啤酒。另外,虽然可乐和啤酒产生泡沫不同,但解锁的正确姿势却是通用的哦。

  啤酒肚是喝啤酒引起的吗
  一听到“啤酒肚”,很多人就会想当然地以为是喝啤酒喝出来的,天真地以为只要自己不喝啤酒就能够恢复好身材。

  但事实是,啤酒肚的形成与啤酒关联不大。那啤酒肚是如何形成的?

  随着年龄增长,男性深睡眠阶段减少,睡眠质量差导致荷尔蒙的分泌减少,荷尔蒙的缺乏使体内脂肪增加并聚集于腹部,而且年纪越大影响越明显。另外,饮食过量、年龄增长代谢变慢、压力过大、缺乏运动也是引起“啤酒肚”的重要因素。

  一般来说,青少年有“啤酒肚”往往是因为营养过剩;对于中年人而言,睡眠质量问题是主因。

  OK,流体讲完了。。

  既然“湍流”可能是经典物理学中最后一个会产生诺贝尔奖的课题,同时也跟一下最近的诺贝尔奖风,段子时间本想说说诺贝尔奖的那些事。。不过,是“搞笑诺贝尔奖”。。

  但是,由于小编最近的各种原因,决定将本文段子推迟倒下一期讲,实在对不住各位老铁。。敬请期待吧。

  来源:神奇的流体微信公众号,作者:宫华胜。

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