211service.com
Har du noen gang lurt på hvorfor vinen din gråter? Skyld på sjokkbølger.
I århundrer har forskere grunnet på tårene som dannes i vinglass. Nå tror de at de vet hvordan det skjer. 18. oktober 2019
Hånd som holder et glass rødvin Bertrand Mouth | Unsplash
Lesere som av og til tenker på bunnen av et vinglass, vil helt sikkert bli kjent med et av universets større mysterier. Dette er den flere hundre år gamle observasjonen at vin noen ganger kan vandre oppover overflaten av et glass og deretter danne tårer når den dribler ned igjen. Hvorfor det?
I dag er det forvirrede løst – i hvert fall delvis – takket være arbeidet til Yonatan Dukler og kolleger ved University of California, Los Angeles. Disse gutta har uselvisk viet forskningen sin til dette fenomenet og sier at de har fått et svar.
La oss starte med å fylle glassene våre - en liten mengde høyalkoholvin i et martini-glass. Se hvordan et tynt lag trekkes opp glassoverflaten over hoveddelen av væske.
Denne effekten er godt forstått, etter å ha tiltrukket seg noen av de største hjernene innen fysikk. Den amerikanske vitenskapsmannen Willard Gibbs publiserte en fullstendig teoretisk behandling i 1875.
Dette var basert, i det minste delvis, på arbeidet 20 år tidligere til James Thomson, broren til Lord Kelvin. Thomson oppdaget at effekten oppstår fordi vin er en blanding av vann og etanol, med vann som har større overflatespenning.
Vinen trekkes først opp på overflaten av glasset ved kapillærvirkning. Dette skjer når overflatespenning tvinger overflaten til en væske oppover de vertikale veggene til en glassbeholder.
I et vinglass begynner dette tynne laget umiddelbart å fordampe, og alkoholen fordamper raskere enn vann. Som et resultat blir laget mindre alkoholholdig og den større konsentrasjonen av vann fører til en høyere overflatespenning enn hoveddelen av vin i glasset.
Denne forskjellen i overflatespenning er viktig. Det skaper en kraft som driver mer vin oppover glassveggene. Og dette fører til en konstant flyt av væske oppover glasset, drevet av fordampning av alkohol.
Alt dette er godt forstått - det er kjent som Marangoni-effekten, etter den italienske fysikeren som studerte den på 1860-tallet.
Imidlertid er det en annen kraft involvert - tyngdekraften, som trekker væsken ned igjen. Når dette skjer, formes vinen til de berømte tårene som triller nedover innsiden av glasset.
Det enestående puslespillet er hvorfor vinen danner nedoverflytende tårer og ikke en annen form for flyt. Det er dette problemet Dukler og co har tatt tak i, ved å bruke en omfattende teoretisk modell og mye eksperimentelt arbeid. De har observert at tårene dannes på en måte som aldri har vært skissert før.
Det nye verket er basert på teorien om sjokkbølger. En sjokkbølge er en forstyrrelse som danner en skarp grense i væskens egenskaper. Sjokkbølger er vanligvis drevet av forstyrrelser som beveger seg raskere enn lyd i væsken, for eksempel en supersonisk jet. Bølgen fortsetter så lenge forstyrrelsen forblir supersonisk.
Men sjokkbølger kan dannes når forstyrrelsene ikke er supersoniske - for eksempel når fordampning forårsaker væskestrøm. Disse bølgene er kjent som underkompressive sjokk. Det er disse Dukler og co fokuserer på.
De påpeker at teoriene basert på Gibbs arbeid antyder at vinen bør danne fingerlignende former når den beveger seg opp i glasset. Vi argumenterer for at selve vintårene, som renner nedover glasset, i motsetning til den velkjente fingering-ustabiliteten til drevne fronter, som beveger seg i samme retning av fronten, oppstår fra en ustabilitet av et reversert underkompressivt sjokk, sier de.
Og eksperimentene deres ser ut til å støtte dette. De legger en munnfull portvin med et alkoholinnhold på 18 % i et martini-glass med sider i en vinkel på 65 %. For å gjøre observasjonene enklere, virvler de porten for å forhåndsbelegge glasset med væske. Tårene dannes da lett.
Disse tårene viser tydelig bølgeegenskapene som teamets modell forutsier. Vi illustrerer eksistensen av ikke-klassiske underkompressive sjokk for første gang i sammenheng med vintårer, sier Dukler og co. Vi argumenterer for at når det gjelder et forhåndsbelagt glass, kommer de berømte 'vintårene' fra et omvendt undertrykkende sjokk som stammer fra menisken.
Det er interessant arbeid som mange lesere vil feire med egen forskning.
Det etterlater imidlertid flere spørsmål ubesvart. Måten Dukler og co forbelegger glasset på er viktig, fordi det skaper et lag som et annet lag med væske kan strømme over. Marangoni-effekten er lett å lage under disse omstendighetene.
Men det etterlater spørsmålet om hvordan riftene oppstår på et ubestrøket glass.
Noe som betyr at det er mye mer arbeid å gjøre. La oss komme på jobb – heier!
Ref: arxiv.org/abs/1909.09898 : A Theory for Undercompressive Shocks in Tears of Wine