האם הבועות בבירה גינס באמת נופלות?

לפעמים יש יתרון בלהיות הנהג התורן, זה שלא שותה. אפשר, למשל, להגיע לתגליות מדעיות חדשות. בתקופת לימודיו, נהג מוחמד נורול חסן חאן (Khan), מהנדס כימיה אוסטרלי, לבלות לעתים קרובות עם חבריו שותי הבירה, אך בהיותו מוסלמי אדוק, נמנע משתיה והתמקד בצפיה בבועות שבכוסות. הוא שם לב לתופעה מוזרה, שגם עכברי ברים אחרים בעולם הבחינו בה: נראה היה שחלק מהבועות בבירה גינס נופלות מטה, במקום לצוף כלפי מעלה! על פניו, זה נראה לא הגיוני, שכן – היה אומר ארכימדס לו שתה בירה – הבועות, המלאות בגז, קלות יותר מהבירה ולכן אמורות רק לעלות בכוס.

בעוד שאר יושבי הפאב מתלבטים אם זו אמת או אשליה אופטית, או שמא שתו יותר מדי, חאן, דוקטורנט באוניברסיטת ניו-סאות' ווילס בסידני שחקר התנהגות בועות בנוזלים, לא יכול היה להשאיר את התופעה ללא הסבר מדעי. הוא פנה אל חברת גינס וקיבל נתונים לגבי הצמיגות והצפיפות של הבירה וכן לגבי הגודל האופייני של הבועות, הכניס אותם לתוכנה המדמה דינמיקה של נוזלים והראה שאכן, יש הסבר פיסיקלי לצניחת הבועות.

ובינתיים, במקום אחר…

בינתיים, בחלק אחר של העולם, התחבטו שני חוקרים בקליפורניה באותה סוגיה עצמה. המאמר התיאורטי של חאן והמנחה שלו, קלייב פלטשר, שהתפרסם ב-1999, נתן להם דחיפה לבדוק את העניין גם באופן מעשי. פרופ' ריצ'רד זייר (Zare) מסטנפורד והפוסט דוקטורנט הסקוטי אנדרו אלכסנדר הצטיידו במצלמה מהירה מאד, המסוגלת לצלם 4,500 פריימים בשניה, כדי לעקוב אחר תנועת הבועות בכוס מרגע המזיגה. ניתוח הסרטונים שהתקבלו (רובם צולמו בקצב של 750 פריימים בשניה) הראה שהמודל של חאן ופלטשר מדויק וחיזק את ההסבר פיסיקלי לתופעה המעניינת. מאמרם התפרסם ב-2004.

והרי ההסבר

ההסבר הוא די פשוט. הבועות שקרובות לדופן הכוס עולות מעלה בקצב אטי יחסית, עקב החיכוך עם דפנות הכוס, בעוד הבועות במרכז הנוזל עולות במהירות רבה וללא הפרעות עד שהן מגיעות לשכבת הקצף שבראש הכוס. בזמן העליה, הן "סוחבות" איתן מעלה חלק מנוזל הבירה. בראש הכוס אותו נוזל נדחף לצדדים ובחזרה למטה לאורך הדפנות, תוך שהוא עצמו דוחף מטה בועות שצמודות לדופן הכוס. רוב הבועות שנסחפות מטה הן קטנות, בעלות קוטר קטן מ- 0.05 מ"מ, כיוון שלבועות גדולות יש כושר ציפה גבוה יותר והן מצליחות להתנגד לכוח שמפעיל הנוזל ולעלות למעלה. התהליך חוזר על עצמו עד שבסופו של דבר רוב הבועות נספגות לשכבת הקצף וזרם הבועות העולות ויורדות פוסק.

התופעה מתרחשת גם בסוגי בירה אחרים כמו לאגר וכן בנוזלים אחרים, למשל מים שהוכנסה לתוכם טבליה שמתמוססת ויוצרת בועות. היא בולטת יותר לעין כאשר הבועות קטנות, שאז קל יותר לנוזל לדחוף אותן. הבועות בגינס קטנות כיוון שהן נוצרות בעקבות שחרור של הגז חנקן בלחץ גבוה לתוך הבירה. חנקן מתמוסס במים פחות בקלות לעומת פחמן דו-חמצני, שהוא הגז בבירות לאגר ובמשקאות קלים מוגזים. הפחמן הדו-חמצני שהתמוסס בנוזל יכול ליצור בועות חדשות וכן להצטרף לבועות קיימות אשר הולכות וגדלות בזמן העליה למעלה. לעומת זאת, החנקן מתמוסס בקושי, והבועות בגינס נשארות קטנות – קוטרן הוא כ-0.05-1 מ"מ.

היופי במדע הוא, שההסבר הזה אינו ספציפי רק לבירה ומספק מידע על אופן זרימת נוזלים באופן כללי. החוקרים מציינים שניתן להשתמש במידע החדש כדי לחקור מבנים פיסיקליים בעלי יישומים תעשייתיים והנדסיים כמו תערובות של חומרים מוצקים עם נוזלים וגזים. זו דוגמא נוספת לכך שהסתכלות סקרנית על תופעות בעולם שסביבנו יחד עם יוזמה יכולות להביא להתקדמות טכנולוגית.