Esta pregunta se la ha hecho mucha gente y la respuesta está muy bien ilustrada en este vídeo de youtube que utiliza una botella de quinto de Mahou y está realizado por Javier Rodríguez-Rodríguez, del Grupo de Mecánica de Fluidos de la Universidad Carlos III de Madrid, y dos colegas. La formación de espuma en un líquido carbonatado supersaturado tras un impacto en su contenedor es un proceso complicado que combina la propagación de ondas de presión en un líquido multifase, la interacción burbuja-burbuja en los aglomerados de burbujas, el colapso de burbujas y su rotura, la difusión en el líquido del gas contenido en la burbuja y la dinámica de la formación de plumas de burbujas. Todos problemas de gran interés en los campos de la dinámica de burbujas y de los flujos multifase. El vídeo participa en la Gallery of Fluid Motion 2013 organizada por la APS. Espero que nuestros compatriotas tengan suerte. El artículo que describe el vídeo es Javier Rodríguez-Rodríguez, Almudena Casado, Daniel Fuster, “Why does a beer bottle foam up after a sudden impact on its mouth?,” arXiv:1310.3747 [physics.flu-dyn] 14 Oct 2013.
La respuesta a la pregunta es la siguiente. El impacto repentino en la boca de la botella de cerveza genera una onda de compresión en el cristal de la botella que se propaga hasta llegar a su base (también llamada culo de la botella), se transmite al líquido como una onda de expansión que se desplaza hacia arriba hasta su superficie libre, donde se refleja como una onda de compresión. La amplitud de estas ondas de presión se puede estimar usando la teoría clásica de impacto en sólidos. Las ondas de presión oscilan hacia arriba y hacia abajo varias veces hasta que se amortiguan.
El cristal de la pared interior de la botella contiene pequeños defectos o imperfecciones que actúan como huecos que almacenan bolsas de aire. El tren de ondas de compresión-expansión provoca la implosión (colapso o cavitación forzada) de estas bolsas de aire provocando la formación de nubes de burbujas muy pequeñas que se expanden mucho más rápido debido a su pequeño tamaño. Estos grupos de burbujas crecen rápidamente y forman penachos de burbujas en las que la fracción de huecos crece varios órdenes de magnitud. Como resultado las burbujas se pegan unas a otras y forman una espuma que asciende por el líquido hasta acabar saliendo por la boca de la botella.
La física de este proceso de atomización ha sido confirmada con simulaciones numéricas por ordenador utilizando el código Gerris de Stéphane Popinet, “Gerris: A tree-based adaptive solver for the incompressible Euler equations in complex geometries,” Journal of Computational Physics 190: 572–600, 2003, y Gaurav Tomar, Daniel Fuster, Stéphane Zaleski, “Multiscale simulations of primary atomization,” Computers & Fluids 39: 1864–1874, 2010.
Francis (th)E mule Science's News
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