研究揭示了传统金属制造技术背后的科学

梅斯卡尔(Mezcal)的手工制作者拥有一种尝试过的真实方法，可以告诉您何时将饮料蒸馏至正确的酒精水平。他们将一些喷入一个小容器中，然后寻找小气泡，称为珍珠。如果酒精含量太高或太低，气泡会迅速破裂。但是，如果他们徘徊30秒钟左右，酒精含量就非常高，并且可以随时饮用。

现在，一组流体动力学研究人员进行的一项新研究揭示了该技巧背后的物理原理。通过实验室实验和计算机模型，研究人员发现，当酒精含量接近50%的最佳点时，一种称为Marangoni效应的现象会帮助混合气泡停留更长的时间。研究人员说，除了显示出已有数百年历史的工匠的科学依据外，研究人员还说，这些发现揭示了有关液体表面气泡寿命的新的基本细节。

这项研究是布朗大学，墨西哥国立自治大学，图卢兹大学和其他地方的研究人员之间的合作，于7月3日发表在《科学报告》杂志上。

布朗工程学院的教授，该研究的资深作者罗伯托·泽尼特(Roberto Zenit)第一次听到有关泡沫戏法的消息时，他说，他立即对此产生了兴趣。

泽尼特说：“我的主要研究兴趣之一是气泡及其行为方式。” “因此，当我的一位学生告诉我，气泡对制作梅斯卡尔酒非常重要时，这是我与朋友们真正喜欢的一种饮料，我无法不去研究它的工作原理。”

研究人员从进行实验开始，以观察改变梅斯卡尔酒精度如何改变气泡寿命。他们浇灌了一些梅斯卡尔样品，并向其他样品中添加了纯乙醇。然后，他们在实验室中重现了喷射技巧，同时仔细地对气泡进行计时。他们发现，果然，酒精含量会极大地影响气泡的寿命。在未改变的样品中，气泡持续了10到30秒。在强化和淡化的样品中，气泡都会立即破裂。

表明气泡确实可以衡量酒精含量，下一步是找出原因。

为此，Zenit和他的学生首先简化了流体，仅使用纯净水和酒精的混合物进行了实验。这些实验表明，与混合物一样，当混合物接近50%的水和50%的酒精时，气泡往往会持续更长的时间。研究人员确定，额外的气泡寿命主要是由于粘度。气泡倾向于在粘性较高的液体中持续更长时间，并且酒精与水的混合物的粘度峰值大约在50%左右。

但是，在50至50的水和酒精混合物中的气泡仍然不如在mezcal中持续的时间长。泽尼特(Zenit)和他的学生意识到，梅斯卡尔(mezcal)必定有某种东西可以放大粘度效应。为了弄清楚它是什么，他们使用高速摄像机仔细观察了它们一生中的气泡。

泽尼特说，视频显示出令人惊讶的东西。它显示了从金属表面到气泡膜的液体向上对流。

泽尼特说：“通常，重力使气泡膜中的液体流走，最终导致气泡破裂。” “但是在巨大的气泡中，这种向上的对流正在补充流体并延长了气泡的寿命。”

在某些计算机建模的帮助下，研究人员确定了一种称为Marangoni对流的现象是造成这种向上运动的原因。当流体在具有不同表面张力的区域之间流动时，就会发生马兰戈尼效应，这是形成流体薄膜表面的分子之间的吸引力。Mezcal包含多种充当表面活性剂的化学物质-改变表面张力的分子。结果，与下面的表面活性剂填充的流体相比，形成在金属表面上的气泡倾向于具有更高的表面张力。不同的表面张力将流体吸入气泡中，从而延长了气泡的使用寿命。

通过扩大现有的趋势，即在50%的酒精混合物中存在更持久的气泡，表面活性剂驱动的Marangoni效应使气泡成为衡量梅斯卡尔酒精含量的可靠指标。

来自墨西哥的泽尼特(Zenit)说，为这种手工技术提供新的启示感到高兴。

他说：“从事具有科学价值和文化价值的工作很有趣，这是我的背景之一。” “这些工匠是他们所做工作的专家。能够证实他们已经知道的知识，并证明其具有超出普通制造能力的科学价值，这真是太好了。”

研究人员说，从这项工作中得出的见解在涉及气泡的各种工业过程中可能有用。在环境研究中也可能有用。

研究人员写道：“例如，表面气泡的寿命可用作诊断工具，以推断液体中表面活性剂的存在：如果寿命大于纯净液体的预期寿命，则液体被污染了。”

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