乾杯! Fizz物理如何為人類幸福做出貢獻

乾杯! Fizz物理如何為人類幸福做出貢獻

想想你最後一次慶祝的事情。 如果你為快樂的時刻舉杯,你的飲料可能是酒精 - 並且起泡。 你有沒有想過為什麼喝一杯能引發口腔微爆的東西真是太有趣了?

一杯充滿泡沫的飲料充滿了物理,歷史和文化。 我們可能首先遇到了酒精的發現,因為乙醇和二氧化碳(CO2)氣體是發酵的副產物。 飲用碳酸化合物的物質 - 而不是簡單地保持水分 - 似乎只是人類所做的事情。

在17世紀的法國,本篤會修士DomPérignon大大改進了我們現在所知的香檳。 他花了很多年時間才完善了瓶子和軟木塞的設計,可以承受這個過程所需的高壓。 在起泡酒中,部分發酵在液體裝瓶後進行。 自CO2 無法逃離封閉的容器,壓力建在裡面。 反過來,這導致大量氣體實際上溶解在液體中,符合亨利定律 - 規則表明可以溶解在液體中的氣體量與壓力成正比。

除其他事項外,亨利定律解釋了為什麼潛水員如果急速上升到地面就能得到減壓病:在很大的深度,身體暴露在高壓下,因此氣體以高濃度溶解在血液和組織中。 然後,當表面處理時,壓力返回到環境水平,使得氣體“溶解”並釋放以在體內形成疼痛的有害氣泡。 當我們打開一瓶香檳時也會發生同樣的情況:壓力突然下降到大氣壓,液體變得過飽和二氧化碳 - et voila,氣泡湧現!

隨著時間的推移,當液體繼續釋放氣體時,氣泡的大小增加,並且它們的浮力增加。 一旦氣泡變得足夠大,它們就不會粘在它們最初形成的玻璃中的微觀裂縫上,因此它們會上升到表面。 不久之後,形成了一個新的泡沫,這個過程重演。 這就是為什麼你可能會觀察到在香檳杯中形成泡沫鏈的原因 - 以及一段時間後碳酸飲料變得平淡的悲傷傾向。

有趣的是,GérardLiger-Belair,法國蘭斯香檳 - 阿登大學化學物理學教授, 發現 氣泡中大部分氣體排放到大氣中不會以氣泡的形式逸出,而是從液體表面逸出。 然而,這個過程通過泡沫的方式得到了極大的增強 鼓勵 香檳流入玻璃杯。 事實上,如果沒有氣泡,飲料就會花費數週的時間來減少二氧化碳。

香檳的吸引人的香氣特徵也可以在其他飲料中找到。 當涉及到啤酒和碳酸水時,氣泡不是來自發酵,而是通過在高壓下用過量的二氧化碳裝瓶液體來人工引入。 同樣,當打開時,氣體不能保持溶解,因此氣泡出現。 人工碳化實際上是由18世紀的英國化學家約瑟夫普里斯特利發現的 - 以發現氧氣而聞名 - 同時正在研究保護船上飲用水的方法。 碳酸水也是天然存在的:在法國南部的Vergèze鎮 - 礦泉水的商業品牌Perrier被裝瓶 - 地下水源在高壓下暴露於二氧化碳,並且自然地出現汽水。


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當碳酸飲料富含粘附在表面上的污染物時,稱為 表面活性劑,氣泡到達頂部時可能不會破裂,但在泡沫處積聚。 這就是啤酒的主要原因。 反過來,這種泡沫會影響飲料的質地,口感和味道。 從更實際的角度來看,泡沫還可以使飲料隔熱,使其保持較長時間的冷卻,並作為二氧化碳逸出的屏障。 這種影響非常重要,在洛杉磯的道奇體育場,啤酒有時會帶有人造泡沫頭。 最近,研究人員已經 發現 另一個有趣的效果:泡沫頭可以防止啤酒在手持玻璃杯時散落。

D儘管我們堅實 理解 在飲料中形成泡沫,問題仍然存在:為什麼我們喜歡帶泡沫的飲料? 答案仍然難以捉摸,但最近的一些研究可以幫助我們理解。 二氧化碳與唾液中發現的某些酶的相互作用引起產生碳酸的化學反應。 這種物質被認為會刺激一些疼痛感受器,類似於品嚐辛辣食物時激活的那些。 所以似乎所謂的“碳酸化咬合”是一種辛辣的反應 - 人類(奇怪的)似乎喜歡它。

氣泡的存在和大小甚至可以影響我們對風味的感知。 在最近 研究, 研究人員發現人們可以在沒有氣泡的情況下體驗碳酸的咬合,但氣泡確實會改變食物的味道。 我們仍然沒有清楚地了解氣泡影響風味的機制,儘管軟飲料製造商有辦法根據飲料的甜度和性質調節碳酸化量。 氣泡也 影響 酒精被吸收到體內的速度 - 所以喝泡泡飲料會讓你更快地感到醉酒。

就我們而言,所有這些都為談論物理提供了一個很好的藉口。 當然,我們也喜歡泡泡飲料 - 但就個人而言,我們慶祝為一個主題添加一點科學,以便大多數人能夠與之相關。 更重要的是,起泡液體有許多實際應用。 它們對於某些提取技術至關重要 油; 用於解釋致命的水下爆炸 已知 as 火山爆發; 並了解許多其他地質 現象例如火山和間歇泉,其活動受到噴發液體中氣泡形成和生長的強烈影響。 所以,下次你慶祝並敲回一杯香檳時,一定要知道物理學有助於人類幸福的總和。 每期!永旺櫃檯 - 不要刪除

關於作者

Roberto Zenit是墨西哥國立自治大學的研究員和工程學教授,也是美國物理學會的研究員。 他的作品已發表在 流體力學雜誌 - 物理評論流體,等等。

JavierRodríguezRodríguez是馬德里卡洛斯三世大學流體力學小組的副教授。 他的作品出現在 流體力學雜誌,以及許多其他出版物。

本文最初發表於 永世 並已在知識共享下重新發布。

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