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ビール火山の科学を利用する

「ビールのたたき」の犠牲者になったことがあるなら、パーティーのトリックがどれほど迷惑で楽しいものであるかを知っているでしょう.あなたの相棒は彼のビール瓶を使ってあなたの頭を打ち倒します。しばらくすると、ビールが泡立ってボトルから流れ出し、ねっとりと喉が渇きます。現在、流体力学のチームが、その泡の火山がどのように発生するかを説明しています。この分析は、CO2 の奇妙な放出を説明するのに役立つ可能性があります CO2 を排出する計画について警告音を鳴らすことさえあります 発電所から地面へ。

オランダのエンスヘーデにあるトゥエンテ大学の物理学者であるデヴァラジ・ファン・デル・メールは、「素晴らしい成果です」と言う。 「説明は非常に説得力があります。」

研究は期待通りに始まりました。 「この問題について最初に考え始めたとき、私たちはバーにいました」と、マドリッドのカルロス 3 世大学の筆頭著者であるハビエル・ロドリゲス・ロドリゲスは言います。ボトルを軽くたたくと、ビールはどのように泡立ちますか?答えは明らかです。ビールの大部分は CO2 で過飽和になった水です .つまり、室温および大気圧で通常溶液中にとどまるよりも多くの気体が液体に溶解しています。タップすると CO2 が発生します 大量の泡で溶液から飛び出す.

しかし、それだけではありません。新しい気泡の形成、またはキャビテーションは、液体から気泡へのガスの拡散と同様に、ミリ秒単位で発生します。それだけなら、ビールはほんの一瞬でボトルから飛び出すはずです、とロドリゲス-ロドリゲスは言います。代わりに、ビールは数秒でボトルからにじみ出るので、何か他のことが起こっているに違いありません.それが何であるかを知るために、Rodríguez-Rodríguez;カルロス3世大学の学生、アルムデナ・カサド・チャコン。また、パリのピエール・アンド・マリー・キュリー大学の流体力学研究者であるダニエル・フスターは、生ビールで高速度カメラを訓練しました。

噴火には 3 つの段階があり、研究者は Physical Review Letters で発行中の論文で報告しています。 .まず、10 分の 2 ミリ秒で泡が激しく増殖します。蛇口はボトルのガラスを通して圧縮の波を送ります。その波はボトルの底で反射し、膨張の波として液体を通って戻ってきて、ビールの泡を拡大します.研究者はスペインのブランドMahouを使用しました.次に、波はビールの表面で反射し、今度は圧縮波として液体を通って戻ってきます。この突然の圧迫により、拡大した各バブルが多数の小さなバブルに分解されます。研究者の計算では、100 万個にもなります。

第二段階では、小さな泡が急速に成長します。 100 万個の小さな気泡の各雲は、同じ量のガスを含む単一の気泡と比較して、総表面積が非常に大きくなります。その表面積は、CO2 液体から非常に急速に拡散し、数ミリ秒で気泡雲は最初の直径の約 10 倍に伸びます。これは、研究者がレーザー光のパルスを使用して、より制御された方法で気泡雲を形成することで研究したためです。その時点で、気泡が余分な CO2 のほとんどを吸収するため、雲の成長が遅くなります。

最後に、その短い一時停止の後、プロセスの第 3 段階が開始されます。約 100 ミリ秒後、浮力のある気泡雲が液体を通って上昇し始めます。その後、煙の輪に似た「渦輪」を形成するために渦を巻き始めます。その渦は、CO2 で過負荷になったより多くの液体を引き込みます 、対流と呼ばれるプロセスで。そのため、雲の中の泡は、自己強化的な「自己触媒」プロセスで、以前よりもさらに速く成長し始めます. 1 秒が経過するまでに、本格的なビール ファウンテンが泡立ち始めます。

スペインのセビリア大学の機械工学者である José Manuel Gordillo Arias de Saavedra は、次のように述べています。他の研究者は、コンピューター上で全体をシミュレートするだけで、この問題に取り組んだ可能性があると彼は言います。 「このような研究は、問題について深く考える方が良い場合があることを示しています」とゴルディロは言います。

この研究は、地球物理学的現象にも幅広い影響を与える可能性がある、とゴルディロは言う。たとえば、1986 年 8 月 21 日、カメルーンの不活発な火山の側面にある湖、ニオス湖から大量の二酸化炭素の雲が放出され、1,700 人が窒息死しました。壊滅的なガスの放出は、湖内の地滑りが原因である可能性があります。ビールの中で自己触媒プロセスが働いていた可能性がある、と Gordillo は言う。

泡立つビールで特定された物理学は、CO2 を隠したり「隔離」する計画にも影響を与える可能性があります Rodríguez-Rodríguez 氏は、石炭と天然ガスを燃料とする発電所を地中深くに設置して、気候変動との闘いを支援していると述べています。ロドリゲス・ロドリゲス氏によると、ビールの研究は、突然の「一過性」現象がそのような地下貯留層をひっくり返し、ガスの大量放出を引き起こす可能性を提起している.彼は、それが起こるかどうかわからないと強調しているが、彼はこの問題を研究したいと考えている. 「この論文が貢献できることの 1 つは、過渡現象が発生したときに何が起こるかを人々に見てもらうことです」と彼は言います。

ビールでの 1 つの実験から、多くのアイデアが浮かび上がります。おそらく乾杯の価値があるでしょう。

(ビデオ クレジット:Almudena Casado-Chacón/マドリッド カルロス III 大学)


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