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贵的酒，气泡都多一点？

贵的酒，气泡都多一点？

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本文经授权转载自
把科学带回家
（ID：steamforkids)
作者：Ziv



（图/GIPHY）

你观察过啤酒的气泡吗？

把它倒在杯子里后，会发出听上去就很清爽的“嘶嘶声”。从底部出现的气泡会一溜烟往上冒，随着上升，这些气泡会分裂成许许多多的小气泡。

但是如果把香槟或者其他起泡酒倒在杯子里，底部出现的气泡就会排成一排，笔直而稳定地上升。

一些研究人员也发现了这个有趣的现象，他们好奇为什么香槟里面的气泡能够稳定上升，啤酒中的却不行。

为什么会冒泡？

不管是香槟、啤酒、碳酸饮料还是苏打水，它们的气泡都是溶解在液体中的二氧化碳。

由于瓶子里的压力高于大气压力，因此可以溶解更多气体。

把液体倒出来后，它们处在大气压下，摆脱了“高压控制”的气体就会跑出来。

（图/GIPHY）

气泡会在某个成核位置形成，一旦它达到一定的临界尺寸，浮力超过了使气泡附着的表面张力，气泡就会开始自由上升。

上一个气泡离开后，在同一个位置立刻会形成一个新的气泡，然后它也长大、上升。这样一个接一个地形成气泡，就出现了气泡链。

气泡上升到液体最高处后，会短暂地停留一小会儿，直到它们表面的薄膜“啪”地一声破裂。

上升过程中，
不稳定才是常态

在气泡上升的过程中，它产生的尾流会影响到后面的气泡，气泡与水流之间的相互作用决定了它们是否会形成一簇簇的小气泡。

液体中物体产生的尾流示意图（图/WU TH.YAO-TSU, 2005）

新形成的小气泡又会给液体带来新的扰动，影响其他气泡的上升路线，气泡链最终不再沿着直线上升。

两个上升气泡之间的相互影响。（图/参考资料[3]）

雷诺数是一个衡量流体流动是否稳定的值，这个值越大，流动就越不稳定。流速的微小变化会更容易被放大，形成紊乱的流场。

通常流体中的球形物体只有在雷诺数小于一定值时，才是稳定的。

而不管是香槟还是其他碳酸饮料，气泡上升时的雷诺数都超过了这个值，所以气泡在彼此产生的乱流中旋转、破裂、形成不稳定的气泡链才是正常的。

(图/GIPHY）

那香槟中到底发生了什么，让气泡能如此稳定地上升呢？

香槟的秘密

研究人员分析了香槟、啤酒、苏打水等等液体的性质，包括液体密度、液体中脂肪酸的组成、产生气泡的大小、气泡的上升路径等等。

研究人员发现加入一些类似表面活性剂的成分会让气泡变得更稳定。

这些成分可以减少液体和气泡之间的摩擦力，让气泡顺利上升到顶部。

试验中的一些气泡上升的状态。（图/O. Atasi et al. [2]）

论文作者Zenit表示，在香槟中充当表面活性剂的蛋白质分子可是好东西，它们不仅能让气泡优雅地直线上升，还可以给香槟赋予独特的风味。

在啤酒中其实也有类似的表面活性剂，但并不是所有啤酒都能形成稳定的气泡链，这跟气泡本身的大小、啤酒的具体成分也有关系。

研究发现对于很小的气泡来说，它们形成的气泡链并不具有稳定的升力；而当气泡较大时，前一个气泡的尾流刚好能把下一个气泡吸入其中，从而形成稳定的气泡链。

当液体中不含表面活性剂成分时，气泡越大，气泡链越稳定；气泡大小相近时，液体中表面活性剂含量越高，气泡链越稳定。（图片来源：O. Atasi et al. [2]）


小气泡的大用途

别以为这些气泡科学家只是碳酸饮料爱好者，他们更希望把气泡背后的科学原理应用到更广阔的领域。

曝气池是一种用于处理废水的装置，它的原理是利用氧气和微生物作用，来处理废水中的污染物。

它需要将水中不需要的气体和挥发性物质释放到空气中。借助气泡上升的研究，科学家希望找到能让曝气池中的气体更安全、稳定地排放出去的方法。

曝气池。（图/wiki）

在海底沉积界面之下，有石油、天然气等等液体和气体渗漏出来，产生一系列物理、化学以及生物作用，这种作用和它们的产物叫做冷泉（cold seep）。

冷泉能为海底生物提供丰富的碳源和能量，所以冷泉活动区域的海底生命非常活跃，被称为“深海绿洲”。

不过，冷泉活动会释放大量二氧化碳和甲烷到大气中，这两种气体都是全球气候变化的重要影响因子。

海底冷泉。（图/NOAA）

科学家希望能把小气泡的运动规律应用到更大的场景中，更好地了解和保护自然。

气泡：旋转、跳跃，闭着眼。

1.https://www.brown.edu/news/2023-05-03/champagne-bubbles

2.O. Atasi et al., “Presence of surfactants controls the stability of bubble chains in carbonated drinks,” Phys. Rev. Fluids 8, 053601 (2023).

3.R. O’Reilly Meehan, B. Donnelly, K. Nolan, D.B. Murray, Bubble-wake interactions of a sliding bubble pair and the mechanisms of heat transfer, International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 108, Part B, 2017, Pages 1347-1356, ISSN 0017-9310,

4.https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.01.017

5.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%B7%E8%AF%BA%E6%95%B0

6.https://physics.aps.org/articles/v16/s67[6]https://citizendium.org/wiki/Aeration_basin

7.https://www.cas.cn/kx/kpwz/201707/t20170703_4607213.shtml

8.https://zh.wikipedia.org/zh-hans/%E5%86%B7%E6%B3%89




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