211service.com
Heb je je ooit afgevraagd waarom je wijn huilt? Geef de schuld aan schokgolven.
Eeuwenlang hebben wetenschappers nagedacht over de tranen die zich in wijnglazen vormen. Nu denken ze te weten hoe het komt. 18 oktober 2019
Hand met een glas rode wijn Bertrand Mond | Unsplash
Lezers die af en toe nadenken over de bodem van een wijnglas, zullen zeker bekend zijn met een van de grotere mysteries van het universum. Dit is de eeuwenoude observatie dat wijn soms over het oppervlak van een glas kan reizen en dan tranen kan vormen als het weer naar beneden druppelt. Hoe kan dat?
Vandaag is het raadsel opgelost - althans gedeeltelijk - dankzij het werk van Yonatan Dukler en collega's van de Universiteit van Californië, Los Angeles. Deze jongens hebben hun onderzoek belangeloos aan dit fenomeen gewijd en zeggen dat ze een antwoord hebben gevonden.
Laten we beginnen met het vullen van onze glazen: een kleine hoeveelheid alcoholische wijn in een martini-glas. Observeer hoe een dunne laag het glasoppervlak boven het hoofdlichaam van de vloeistof wordt opgesteld.
Dit effect wordt goed begrepen, omdat het begrijpelijkerwijs enkele van de grootste geesten in de natuurkunde heeft aangetrokken. De Amerikaanse wetenschapper Willard Gibbs publiceerde in 1875 een complete theoretische behandeling.
Dit was, althans gedeeltelijk, gebaseerd op het werk van 20 jaar eerder van James Thomson, de broer van Lord Kelvin. Thomson ontdekte dat het effect ontstaat doordat wijn een mengsel is van water en ethanol, waarbij water een grotere oppervlaktespanning heeft.
De wijn wordt aanvankelijk door capillaire werking aan het oppervlak van het glas getrokken. Dit gebeurt wanneer oppervlaktespanning het oppervlak van een vloeistof tegen de verticale wanden van een glazen container duwt.
In een wijnglas begint dit dunne laagje meteen te verdampen, waarbij de alcohol sneller verdampt dan water. Hierdoor wordt de laag minder alcoholisch en leidt de grotere concentratie water tot een hogere oppervlaktespanning dan die van de hoofdmassa van de wijn in het glas.
Dit verschil in oppervlaktespanning is belangrijk. Het creëert een kracht die meer wijn tegen de wanden van het glas stuwt. En dit leidt tot een constante vloeistofstroom door het glas, aangedreven door de verdamping van alcohol.
Dit alles is goed begrepen - het staat bekend als het Marangoni-effect, naar de Italiaanse natuurkundige die het in de jaren 1860 bestudeerde.
Er is echter nog een andere kracht bij betrokken: de zwaartekracht, die de vloeistof weer naar beneden trekt. Wanneer dit gebeurt, vormt de wijn de beroemde tranen die langs de binnenkant van het glas naar beneden rollen.
De opmerkelijke puzzel is waarom de wijn naar beneden stromende tranen vormt en niet een ander soort vloei. Het is dit probleem dat Dukler en co hebben aangepakt, met behulp van een uitgebreid theoretisch model en veel experimenteel werk. Ze hebben gezien hoe de tranen zich vormden op een manier die nog nooit eerder is geschetst.
Het nieuwe werk is gebaseerd op de theorie van schokgolven. Een schokgolf is een verstoring die een scherpe grens vormt in de eigenschappen van de vloeistof. Schokgolven worden meestal veroorzaakt door verstoringen die zich sneller voortplanten dan het geluid in de vloeistof, zoals een supersonische straal. De golf gaat door zolang de storing supersonisch blijft.
Maar er kunnen zich schokgolven vormen wanneer de verstoringen niet supersonisch zijn, bijvoorbeeld wanneer verdamping een vloeistofstroom veroorzaakt. Deze golven staan bekend als ondercompressieve schokken. Het zijn deze waar Dukler en co zich op focussen.
Ze wijzen erop dat de theorieën op basis van het werk van Gibbs suggereren dat de wijn vingerachtige vormen zou moeten vormen terwijl hij door het glas beweegt. We stellen dat de eigenlijke wijntranen, die langs het glas lopen, in tegenstelling tot de bekende vingerinstabiliteit van aangedreven fronten, die in dezelfde richting van het front bewegen, voortkomen uit een instabiliteit van een omgekeerde onderdrukschok, zeggen ze.
En hun experimenten lijken dit te ondersteunen. Ze plaatsen een mondvol port met een alcoholgehalte van 18% in een martiniglas met een hoek van 65%. Om de waarnemingen gemakkelijker te maken, wervelen ze de poort om het glas vooraf te coaten met vloeistof. De tranen vormen zich dan gemakkelijk.
Deze tranen laten duidelijk de golfeigenschappen zien die het model van het team voorspelt. We illustreren voor het eerst het bestaan van niet-klassieke onderdrukschokken in de context van tranen van wijn, zeggen Dukler en co. We stellen dat, in het geval van een voorgecoat glas, de beroemde 'wijntranen' voortkomen uit een omgekeerde onderdrukschok die begint bij de meniscus.
Dat is interessant werk dat veel lezers willen vieren met wat eigen onderzoek.
Het laat echter een aantal vragen onbeantwoord. De manier waarop Dukler en co het glas voorcoaten is belangrijk, omdat er een laag ontstaat waar nog een vloeistoflaag overheen kan stromen. Het Marangoni-effect is in deze omstandigheden gemakkelijk te creëren.
Maar het laat de vraag open hoe de tranen ontstaan op een ongecoat glas.
Dat betekent dat er nog veel werk aan de winkel is. Laten we aan het werk gaan - proost!
Referentie: arxiv.org/abs/1909.09898 : Een theorie voor ondercompressieve schokken in tranen van wijn