Pomyśl, kiedy ostatnio miałeś coś do świętowania. Jeśli wznosiłeś toast za szczęśliwą okazję, twój napój był prawdopodobnie alkoholowy – i pełen bąbelków. Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego tak przyjemnie jest wypić szklankę czegoś, co powoduje serię mikroeksplozsji w ustach?

Szklanka musującego napoju jest pełna fizyki, historii i kultury. Prawdopodobnie po raz pierwszy zetknęliśmy się z musem wraz z odkryciem alkoholu, ponieważ zarówno etanol, jak i dwutlenek węgla (CO₂) gaz są produktami ubocznymi fermentacji. Picie substancji gazowanych dla przyjemności – a nie po prostu nawodnienie – wydaje się być czymś, co robią tylko ludzie.

W XVII-wiecznej Francji mnich benedyktyński Dom Pérignon znacznie udoskonalił to, co dziś znamy jako szampan. Wiele lat zajęło mu udoskonalenie projektu butelki i korka, który byłby w stanie wytrzymać wysokie ciśnienie wymagane przez ten proces. W winie musującym część fermentacji odbywa się po butelkowaniu płynu. Od CO₂ nie może uciec z zamkniętego pojemnika, wewnątrz narasta ciśnienie. To z kolei powoduje, że w cieczy faktycznie rozpuszczają się duże ilości gazu, zgodnie z prawem Henry'ego – zasadą mówiącą, że ilość gazu, która może zostać rozpuszczona w cieczy, jest proporcjonalna do ciśnienia.

Między innymi, prawo Henry'ego wyjaśnia, dlaczego nurkowie mogą zachorować na chorobę dekompresyjną, jeśli przyspieszą wynurzanie się na powierzchnię: na dużych głębokościach ciało jest narażone na wysokie ciśnienie, a w konsekwencji gazy są rozpuszczane we krwi i tkankach w dużych stężeniach. Następnie, po wynurzeniu, ciśnienie powraca do poziomu otoczenia, tak że gaz „rozpuszcza się” i jest uwalniany, tworząc bolesne, szkodliwe bąbelki w ciele. To samo dzieje się, gdy odkorkujemy butelkę szampana: ciśnienie nagle spada do wartości atmosferycznej, płyn staje się przesycony dwutlenkiem węgla – et voila, pojawiają się bąbelki!

Z biegiem czasu, gdy ciecz kontynuuje uwalnianie gazu, rozmiar bąbelków rośnie, a ich siła wyporu wzrasta. Gdy bąbelki staną się wystarczająco duże, nie mogą przykleić się do mikroskopijnych szczelin w szkle, w których pierwotnie się uformowały, więc unoszą się na powierzchnię. Niedługo potem tworzy się nowa bańka i proces się powtarza. Dlatego prawdopodobnie zaobserwowałeś, jak w kieliszkach do szampana tworzą się łańcuchy bąbelków – a także smutna tendencja napojów gazowanych do spłaszczenia po pewnym czasie.

Co ciekawe, Gérard Liger-Belair, profesor fizyki chemicznej na Uniwersytecie Reims Champagne-Ardenne we Francji, odkryty że większość gazu traconego do atmosfery w winie musującym nie ucieka w postaci bąbelków, ale z powierzchni cieczy. Jednak proces ten jest znacznie wzmocniony przez sposób, w jaki bąbelki zachęcać Szampan popłynie w kieliszku. W rzeczywistości, gdyby nie było bąbelków, zajęłoby kilka tygodni, aby napój stracił dwutlenek węgla.

Atrakcyjny musujący charakter szampana można znaleźć również w innych napojach. W przypadku piwa i wody gazowanej bąbelki nie pochodzą z fermentacji, ale wprowadzane są sztucznie poprzez butelkowanie płynu pod wysokim ciśnieniem z nadmiarem dwutlenku węgla. Ponownie, po otwarciu gaz nie może pozostać rozpuszczony, więc pojawiają się bąbelki. Sztuczne karbonatyzację odkrył XVIII-wieczny angielski chemik Joseph Priestley – lepiej znany z odkrywania tlenu – podczas badania metody utrzymywania wody pitnej na statkach. Woda gazowana występuje również w sposób naturalny: w miejscowości Vergèze na południu Francji – gdzie butelkowana jest handlowa marka wody mineralnej Perrier – podziemne źródło jest wystawione na działanie dwutlenku węgla pod wysokim ciśnieniem i wypływa naturalnie musujące.

Gdy napój gazowany jest bogaty w zanieczyszczenia, które przywierają do powierzchni, znane jako środki powierzchniowo czynne, bąbelki mogą nie pękać, gdy osiągną szczyt, ale gromadzić się tam w postaci piany. To właśnie nadaje piwu głowę. Z kolei ta pianka wpływa na teksturę, odczucie w ustach i smak napoju. Z bardziej fizycznego punktu widzenia pianka izoluje również napój, utrzymując go zimniej przez dłuższy czas i działając jako bariera przed ulatnianiem się dwutlenku węgla. Efekt ten jest na tyle istotny, że na Dodger Stadium w Los Angeles czasami podaje się piwo z pianką ze sztucznej piany. Ostatnio badacze odkryty kolejny ciekawy efekt: pianka zapobiega rozlewaniu się piwa podczas spaceru z otwartą szklanką w ręku.

Dpomimo naszej solidności zrozumienie powstawania bąbelków w napojach, pozostaje pytanie: dlaczego lubimy napoje z bąbelkami? Odpowiedź pozostaje nieuchwytna, ale niektóre ostatnie badania mogą nam pomóc w zrozumieniu. Interakcja dwutlenku węgla z niektórymi enzymami znajdującymi się w ślinie powoduje reakcję chemiczną, w wyniku której powstaje kwas węglowy. Uważa się, że ta substancja stymuluje niektóre receptory bólu, podobne do tych aktywowanych podczas smakowania pikantnych potraw. Wygląda więc na to, że tak zwane „ugryzienie karbonatyzacji” jest rodzajem ostrej reakcji – a ludziom (o dziwo) się to podoba.

Obecność i wielkość bąbelków może nawet wpływać na nasze postrzeganie smaku. W ostatnich badanie, naukowcy odkryli, że ludzie mogą doświadczyć ukąszenia kwasu węglowego bez bąbelków, ale bąbelki zmieniły smak rzeczy. Nadal nie mamy jasnego obrazu mechanizmu, za pomocą którego bąbelki wpływają na smak, chociaż producenci napojów bezalkoholowych mają sposoby na dostosowanie ilości nagazowania do słodyczy i charakteru napoju. Bąbelki też oddziaływać tempo, w jakim alkohol jest przyswajany przez organizm – więc prawdą jest, że musujący napój sprawi, że szybciej poczujesz się nietrzeźwy.

Jeśli o nas chodzi, to wszystko jest świetną wymówką do rozmowy o fizyce. Oczywiście lubimy też musujące napoje – ale osobiście świętujemy dodanie do tematu odrobiny nauki, aby większość ludzi mogła się do niego odnieść. Co więcej, musujące płyny mają wiele praktycznych zastosowań. Są niezbędne w niektórych technikach ekstrakcji olej; za wyjaśnienie śmiercionośnych podwodnych eksplozji znany as erupcje limniczne; i za zrozumienie wielu innych geologicznych zjawiska, takich jak wulkany i gejzery, na których aktywność silnie wpływa powstawanie i wzrost pęcherzyków gazu w wybuchającej cieczy. Tak więc następnym razem, gdy będziesz świętować i wypić kieliszek szampana, pamiętaj, że fizyka przyczynia się do sumy ludzkiego szczęścia. Zdrowie!

O Autorach

Roberto Zenit jest naukowcem i profesorem inżynierii na Narodowym Uniwersytecie Autonomicznym Meksyku oraz członkiem Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego. Jego praca została opublikowana w Dziennik Mechaniki Płynów i Płyny z przeglądu fizycznego, wśród wielu innych. 

Javier Rodríguez Rodríguez jest profesorem nadzwyczajnym w Grupie Mechaniki Płynów Uniwersytetu Carlosa III w Madrycie. Jego prace pojawiły się w Dziennik Mechaniki Płynów, wśród wielu innych publikacji. 

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany pod adresem Eon i został ponownie opublikowany na licencji Creative Commons.

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon