211service.com
Har du någonsin undrat varför ditt vin gråter? Skyll på chockvågor.
I århundraden har forskare funderat över tårarna som bildas i vinglas. Nu tror de att de vet hur det går till. 18 oktober 2019
Hand som håller ett glas rött vin Bertrand Mouth | Unsplash
Läsare som då och då funderar på botten av ett vinglas kommer säkert att känna till ett av universums större mysterier. Detta är den månghundraåriga observationen att vin ibland kan färdas upp på ytan av ett glas och sedan bilda tårar när det dricker ner igen. Hurså?
Idag är det förbryllade löst – åtminstone delvis – tack vare arbetet av Yonatan Dukler och kollegor vid University of California, Los Angeles. Dessa killar har osjälviskt ägnat sin forskning åt detta fenomen och säger att de har hittat ett svar.
Låt oss börja med att fylla våra glas – en liten mängd vin med hög alkoholhalt i ett martiniglas. Observera hur ett tunt lager dras upp på glasytan ovanför huvuddelen av vätska.
Denna effekt är väl förstått, efter att förståeligt nog attraherat några av de största sinnena inom fysiken. Den amerikanske vetenskapsmannen Willard Gibbs publicerade en fullständig teoretisk behandling 1875.
Detta baserades, åtminstone delvis, på arbetet 20 år tidigare av James Thomson, bror till Lord Kelvin. Thomson upptäckte att effekten uppstår eftersom vin är en blandning av vatten och etanol, med vatten som har den större ytspänningen.
Vinet dras initialt upp på glasets yta genom kapillärverkan. Detta inträffar när ytspänning tvingar ytan av en vätska uppför de vertikala väggarna i en glasbehållare.
I ett vinglas börjar detta tunna lager omedelbart avdunsta, där alkoholen avdunstar snabbare än vatten. Som ett resultat blir lagret mindre alkoholhaltigt och den högre koncentrationen av vatten leder till en högre ytspänning än den för huvuddelen av vin i glaset.
Denna skillnad i ytspänning är viktig. Det skapar en kraft som driver mer vin uppför glasets väggar. Och detta leder till ett konstant flöde av vätska upp i glaset, drivet av avdunstning av alkohol.
Allt detta är väl förstått - det är känt som Marangoni-effekten, efter den italienska fysikern som studerade den på 1860-talet.
Men det finns en annan kraft inblandad - gravitationen, som drar vätskan tillbaka ner igen. När detta händer formas vinet till de berömda tårarna som rullar nerför insidan av glaset.
Det enastående pusslet är varför vinet bildar nedåtströmmande tårar och inte någon annan typ av flyt. Det är detta problem som Dukler och co har angripit, med hjälp av en omfattande teoretisk modell och en hel del experimentellt arbete. De har sett tårarna bildas på ett sätt som aldrig tidigare har beskrivits.
Det nya verket bygger på teorin om chockvågor. En stötvåg är en störning som bildar en skarp gräns i vätskans egenskaper. Stötvågor drivs vanligtvis av störningar som färdas snabbare än ljud i vätskan, till exempel en överljudsstråle. Vågen fortsätter så länge som störningen förblir överljud.
Men stötvågor kan bildas när störningarna inte är överljuds-till exempel när avdunstning orsakar vätskeflöde. Dessa vågor är kända som underkompressiva stötar. Det är dessa som Dukler och co fokuserar på.
De påpekar att teorierna baserade på Gibbs arbete tyder på att vinet borde forma fingerliknande former när det färdas upp i glaset. Vi hävdar att de faktiska vintårarna, som rinner ner i glaset, i motsats till den välkända fingersättningsinstabiliteten hos drivna fronter, som färdas i samma riktning som fronten, uppstår från en instabilitet av en omvänd underkompressiv stöt, säger de.
Och deras experiment verkar stödja detta. De lägger en munfull portvin med en alkoholhalt på 18% i ett martiniglas med sidor i en vinkel på 65%. För att göra observationerna enklare virvlar de i porten för att förbelägga glaset med vätska. Då bildas tårarna lätt.
Dessa tårar visar tydligt de vågegenskaper som teamets modell förutspår. Vi illustrerar förekomsten av icke-klassiska underkompressiva stötar för första gången i samband med vintårar, säger Dukler och co. Vi hävdar att, i fallet med ett förbelagt glas, kommer de berömda 'vintårarna' från en omvänd underkompressiv chock som härrör från menisken.
Det är intressant arbete som många läsare kommer att vilja fira med egen forskning.
Det lämnar dock flera frågor obesvarade. Sättet som Dukler och co förbelägger glaset på är viktigt, eftersom det skapar ett lager över vilket ytterligare ett lager av vätska kan flöda. Marangoni-effekten är lätt att skapa under dessa omständigheter.
Men det lämnar frågan om hur tårarna uppstår på ett obestruket glas öppen.
Vilket innebär att det finns mycket mer att göra. Låt oss börja jobba - heja!
Ref: arxiv.org/abs/1909.09898 : A Theory for Undercompressive Shocks in Tears of Wine