Simulationen der länglichen Wirbel in (links) einem Pintglas, in dem Blasen in der Nähe der Glaswand sinken, und (rechts) einem Anti-Pintglas, in dem Blasen in der Nähe der Wand aufsteigen. Bildnachweis: ES Benilov et al.

(Phys.org) - Warum sinken die Blasen in einem Glas dickes Bier wie Guinness, während sich das Bier setzt, obwohl die Blasen leichter sind als die umgebende Flüssigkeit? Das war bisher eine rätselhafte Frage, denn ein Team von Mathematikern der Universität Limerick hat gezeigt, dass die sinkenden Blasen aus der Form eines Pintglases resultieren, das sich nach unten verengt und ein Zirkulationsmuster hervorruft, das sowohl Flüssigkeit als auch Blasen nach unten treibt Wand des Glases. Es sinken also nicht nur die Blasen selbst (tatsächlich versuchen sie immer noch aufzusteigen), sondern die gesamte Flüssigkeit sinkt und zieht die Blasen mit nach unten.

Wie die Mathematiker Eugene Benilov, Cathal Cummins und William Lee in ihrem Artikel auf arXiv.org erklären, schäumen starke Biere wie Guinness-Schaum aufgrund einer Kombination aus Kohlendioxid- und Stickstoffblasen, während andere Biere nur aufgrund von Kohlendioxidblasen schäumen. Der Stickstoff führt zu einem weniger bitteren Geschmack, einem cremigen, lang anhaltenden Kopf und kleineren Blasen, die beim Absetzen des Bieres absinken.

Die Forscher hier sind nicht die Ersten, die das Problem des Absinkens von Blasen in dicken Bieren untersuchen. Während des letzten Jahrzehnts haben Experimente gezeigt, dass das Phänomen des Absinkens von Blasen real und keine optische Täuschung ist, und Simulationen haben die Existenz einer Abwärtsströmung in der Nähe der Glaswand und einer impliziten Aufwärtsströmung in der Mitte gezeigt. Es ist jedoch das erste Mal, dass Forscher nachweisen, dass der Mechanismus dieses Zirkulationsmusters von der Form des Glases abhängt.

Um die Wirkung verschiedener Glasformen zu analysieren, modellierten die Mathematiker Guinness-Bier, das zufällig verteilte Blasen sowohl in einem Pint-Glas als auch in einem Anti-Pint-Glas (dh einem auf dem Kopf stehenden Pint) enthielt. In beiden Gläsern bildet sich ein länglicher, wirbelnder Wirbel, der sich jedoch im Anti-Pint-Glas in die entgegengesetzte Richtung dreht und in der Nähe der Glaswand einen Fluid- und Blasenfluss nach oben verursacht.

Die Forscher erklären, dass sich der Unterschied aus der Art und Weise ergibt, wie die schrägen Glaswände die umgebende Blasendichte beeinflussen. Sobald ein Getränk eingegossen ist, steigen Blasen auf. Bei typischen Pintgläsern entfernen sich die Blasen beim Aufsteigen von der nach oben und außen geneigten Wand, was zu einem viel dichteren Flüssigkeitsbereich neben der Wand mit weniger Blasen führt. Da diese Region weniger schwimmfähig ist, sinkt sie aufgrund ihrer eigenen Schwerkraft. Obwohl die in der Nähe befindlichen Blasen immer noch aufzusteigen versuchen, übersteigt die Geschwindigkeit der Abwärtsströmung die Aufwärtsgeschwindigkeit der Blasen, so dass die Blasen, die nahe genug an der Wand liegen, von der umgebenden Flüssigkeit heruntergezogen werden.

Der gegenteilige Effekt tritt in einem Anti-Pint-Glas auf, bei dem Blasen dazu neigen, sich in der Nähe der entgegengesetzt geneigten Wand zu verklumpen, wenn sie aufsteigen. Die Zunahme von Blasen führt zu einem weniger dichten Bereich neben der Wand, und Flüssigkeit in der Nähe der Wand bewegt sich nach oben.

Während diese Erklärung Beobachtungen genau zu beschreiben scheint, stellten die Forscher fest, dass sie immer noch unsicher sind, welcher spezifische Mechanismus für die Verringerung der Blasendichte in der Nähe der Wand für die Pint-Geometrie verantwortlich ist und für die Anti-Pint-Geometrie erhöht.

Die Forscher stellten auch fest, dass bei anderen Biersorten das gleiche Strömungsmuster auftritt, die größeren Kohlendioxidblasen jedoch weniger dem Abwärtswiderstand ausgesetzt sind als die kleineren Stickstoffblasen bei starken Bieren.

Für Sesselphysiker kann ein einfaches Experiment die vorgeschlagene Erklärung bestätigen. Wenn Guinness in ein hohes zylindrisches Glas gegossen und das Glas gekippt wird, bewegen sich die Blasen in der Nähe der Oberseite nach oben und in der Nähe der Unterseite nach unten. In diesem Fall wirkt die Oberseite wie ein Pintglas und die Unterseite wie ein Pintglas.

In Guinness in einem geneigten zylindrischen Glas bewegen sich Blasen in der Nähe der Oberseite nach oben und in der Nähe der Unterseite nach unten. Videokredit: ES Benilov et al.

Die Forschung hat auch eine praktische Seite: Die Entwicklung besserer Bier- und Champagnergläser sowie Behälter für industrielle Prozesse mit „sprudelnden Flüssen“. Für die direkteste Anwendung schlagen die Forscher vor, dass die Beruhigungszeit eines dicken Bieres ausreichen könnte deutlich reduziert werden, indem Sie es in eine andere Form von Pintglas gießen.