A Hét 1992/2 (37. évfolyam, 27-52. szám)
1992-11-20 / 47. szám
MINERVA Ismeretlen fizikai egyenletek Buborék a sörben Nemrég a Magyar Nemzet szerkesztőségébe menet, a földszinten lévő Kaltenberg sörözőt meglátva jutott eszembe, milyen keveset foglalkozunk a hétköznapok fizikájával. Gyakran írunk az elemi részecskékről, a távoli galaxisokban végbemenő folyamatokról, csodálatos tulajdonságú új anyagokról, ugyanakkor szinte sohasem mutatjuk be a nap mint nap a szemünk előtt lejátszódó folyamatok mögött álló fizikai jelenségeket — sokszor azért, mert ezek nem is ismertek kellő mélységben vagy nagyon összetettek. Az amerikai fizikusok egyesületének rangos folyóirata, a Physics Today nemrég részletes tanulmányt közölt két szerző, egy neves egyetem professzora és ifjú munkatársa tollából a sörben mozgó buborékok fizikájáról. Magam nem ismerem e kérdés eddigi irodalmát, de a folyóirat és az egyetem neve garanciát jelent arra, hogy valóban új megfigyeléseket tettek közzé a szerzők. Eredményeik egy részét ismertetjük, természetesen elhagyva az egyenleteket, a nem közismert szakkifejezéseket. • Ha most kedves olvasó tölt magának egy pohár sört, egyszerű szemrevételezéssel megállapíthatja, hogy a buborékok nem egyenletesen oszlanak el a folyadékban, úgy tűnik, mintha a pohár bizonyos pontjairól indulnának csak. Jó szemű megfigyelő azt is észreveszi, a buborékok mérete növekszik, térfogatuk szinte megduplázódik, miközben felfelé mozognak. Sebességük sem állandó, gyorsuló mozgással haladnak a felszín felé. A pohár sörben bonyolult kölcsönhatásban áll egymással folyadék, gáz és szilárd anyag, hat a hőmérséklet, a nyomás és a gravitáció. Több ezer éve főz sört az emberiség, de ezt a bonyolult kölcsönhatásokban álló rendszert most sem ismerjük még minden részletében. Nyitott tartályban a friss sörből gyorsan eltűnnek a buborékok, a fermentáció során keletkezett szén dioxid kiszökik a légkörbe. A szén-dioxid-tartalom megőrzése érdekében kell üvegbe vagy hordóba zárni a sört. A szén dioxid-molekulák egy része az üveg kupakja alatt gyűlik össze, amíg a nyomás el nem éri a normál légnyomás kót-háromszorosát. A többi szén dioxid-molekula a sörben oldva marad. Egyensúly alakul ki az oldott és a gáz halmazállapotú szén-dioxid között, s ezt az egyensúlyt bontjuk meg az üveg kinyitásával. Most töltsük pohárba a sört, és figyeljük meg a buborékok keletkezését. A buborékok születésükkor még szemmel láthatatlan parányi szón-dioxid-molekula csoportosulások, mikrobuborékok. Ott jönnek létre, ahol a poháron parányi hibák, repedések, bemélyedések vannak. Ez a folyamat hasonlít az esőcseppek kialakulásához, amelyek magja egy porszem, e körül jön létre a vízcsepp. Ha kipróbáljuk, a sörben is lehet mesterséges módon buborék-keletkezést kiváltani, elég, ha porcukrot, sót vagy borsot szórunk bele, rögtön megindul a szemcsék körül a buborékképződés. (A kísérlet eredményeként előállt folyadék elfogyasztását már nem ajánljuk, ezt a tudományos megismerés érdekében hozott áldozatként kezelve legegyszerűbb kiönteni.) Tehát a pohár egyes pontjai alkalmasak arra, hogy ott szén dioxid-molekulák gyűljenek össze. Már korábban megfigyeltük, hogy a buborékok felfelé haladva növekednek, s azt hihetnénk, hogy ezt a nyomásviszonyok (a pohár fenekén és a sör felszínén fellépő nyomás különbsége) okozzák, de rövid, itt nem részletezett számítással beláthatok, nem emiatt növekszik a buborék. A buborék azért növekszik, mert maga is szén-dioxidot vonzó magként szerepel. A kezdeti, a pohár hibáin kialakult mikrobuborékhoz egyre több és több szén-dioxid-molekula csatlakozik. Az oldott szén-dioxidra nagyobb nyomás hat, mint a buborékban levőre, ezért az oldott is a buborékba igyekszik. Ahogy eredeti keletkezési helyéről, a pohár faláról leválik a buborék, a helyén máris megindul egy újnak a kialakulása. Miért száll fel a buborék a felszínre? Erre kapásból tudjuk a választ: a széndioxid-buborék sűrűsége kisebb, mint a söré, tehát a felhajtóerő hat rá. Emelkedés közben ugyanakkor ellenállásba ütközik, súrlódik a folyadékban. Kiszámítható, hogy a buborék azért mozog gyorsuló mozgással felfelé, mert a felhajtóerő gyorsabban növekszik, mint az ellenható súrlódás. A két erő ismeretében felírható a buborék mozgásegyenlete, de figyelembe kell vennünk, hogy az emelkedés során változik a buborék mérete, a nyomás, ezért a magasságtól, buborékmérettől függően minden pontban más lesz a felhajtóerő, illetve a súrlódás. Látható, hogy a probléma nem is egyszerű, s további gond, hogy eljutottunk a tudomány egyik határához. Nem ismerünk olyan egyenletet, amellyel pontosan leírhatnánk a viszkózus közegben mozgó részecskére ható ellenállást. Az egyszerűség kedvéért tételezzük fel, hogy a sörbeli buborék egy lassan növekvő szilárd gömb. Meglepő módon ennek a súrlódása sám tisztázott kérdés, pedig óriási egyszerűsítés volt a gázbuborék helyett szilárd gömbbel számolni. Külön és részleteiben tanulmányozandó kérdés a hab keletkezése, mitől kemény és időtálló, hogyan befolyásolható stb. Ennek részleteit most nem taglaljuk. Ha a kedves olvasó sörfogyasztásának igazolásához érveket keres, végezzen tudományos megfigyeléseket. A néhány említett példából is látható, megvizsgálandó probléma, megválaszolandó kérdés még akad bőven. Előbb-utóbb a szorgos és elmélyült tanulmányozás eredményeként a tudományos válaszok is megszületnek. S ha a kedves olvasónk eddig elítélő szemmel nézett a söröskancsójukba mélyedőkre, gondoljon arra, hogy talán ezek az emberek éppen a tudomány érdekében kísérleteznek. Jéki László Oroszok, amerikaiak egy hajóban Mars-repülés Orosz és amerikai asztronauták közös űrrepülése lehetséges a Mars-program keretében egy nemrég Moszkvában aláírt orosz-amerikai űregyütt: működési egyezmény értelmében. Az egyezmény szerint azt tervezik, hogy amolyan "bemelegítésként" az amerikai űrrepülőgép egyik utazásán részt vesz majd egy orosz kozmonauta. Egy amerikai, pedig 1996-ban a Mir űrállomáson tölt néhány hónapot. Kubászov elmondta, az amerikaiak komolyan érdeklődnek a Szojuz iránt is, melyet mentőállomásként használnának. Műszaki dokumentációjának eladásáról most folynak tárgyalások. Valerij Kubászov űrhajós szerint a Szovjetunió felbomlásával az űrkutatás is nehéz helyzetbe került, ennek ellenére képesek lesznek megtartani a kiváló szakembergárdát, s folytatódik a Mir-program is. A vezetésével dolgozó munkacsoport földi hasznosítású kutatásokkal is foglalkozik. Kidolgoztak egy olyan berendezést, amellyel meg lehetne óvni a környezetet a gázszennyeződéstől, s a felfogott gázból pedig benzin nyerhető. A HÉT 21
