Come creare il tornado di birra perfetto
Di solito le bottiglie possono essere svuotate più rapidamente se vengono mosse con un movimento circolare. Tuttavia, i ricercatori hanno dimostrato che una velocità di rotazione maggiore non è sempre migliore.
Se vuoi svuotare una bottiglia il più velocemente possibile, il cosiddetto tornado ti aiuta: muovi la bottiglia con un movimento circolare finché il liquido non ruota e si forma un vortice al suo interno. Se l'apertura della bottiglia è rivolta verso il basso, l'aria penetra e raggiunge la superficie del liquido attraverso il centro del vortice, consentendo di svuotarlo rapidamente. Questo fenomeno è ben noto nella vita di tutti i giorni, ma finora non è stato oggetto di alcuno studio scientifico. Un team guidato dalla fisica Aurore Caquas dell'Université Paris-Saclay ha ora cambiato questa situazione. In esperimenti di laboratorio, il gruppo di ricerca ha studiato come svuotare i serbatoi d'acqua il più velocemente possibile. Come riporta l'autrice nella rivista "Physical Review Fluids", esiste una velocità di rotazione ottimale per i recipienti cilindrici che produce un tornado perfetto.
Si tratta di un esperimento che ha portato alla creazione di un'acqua che si svuota rapidamente.
Invece di sperimentare con bottiglie di birra, gli esperti hanno riempito d'acqua un serbatoio cilindrico in plexiglas alto circa 40 centimetri e con un diametro di 29 centimetri e lo hanno posizionato su una piattaforma rotante. Hanno lavorato con due aperture del serbatoio di dimensioni diverse: una con un diametro di poco inferiore a 1,3 centimetri e l'altra con un diametro di circa 2 centimetri.
Durante gli esperimenti con i tornado, il liquido all'interno del serbatoio ha mostrato un comportamento più complicato del previsto. A seconda della quantità di liquido, del diametro dell'uscita e della velocità di rotazione, Caquas e il suo team hanno riscontrato tre diversi stati. A basse velocità di rotazione, si sviluppa inizialmente un "regime glug-glug": Le singole bolle d'aria entrano nell'apertura del serbatoio prima che il liquido defluisca. A velocità più elevate, a un certo punto si forma un vortice instabile, una sorta di tornado, ma non è abbastanza forte da permettere all'aria di fluire dall'apertura del serbatoio alla superficie dell'acqua a lungo termine. Questo diventa possibile solo a velocità di rotazione ancora più elevate nella terza fase, quando il tornado si stabilizza e assomiglia a un vortice sopra lo scarico di una vasca da bagno.
Come si evince, il vortice si stabilizza e si trasforma in un vortice.
La durata dei tre diversi stati dipende fortemente dalla forma del recipiente, dalla quantità di liquido e dalla velocità di rotazione. Ciò significa che, a seconda della velocità di rotazione di una bottiglia, le transizioni tra le fasi di glug-glug, instabile e tornado stabile possono richiedere molto tempo in determinate circostanze. Sebbene una velocità di rotazione molto elevata faccia defluire l'acqua in modo estremamente rapido nel regime di tornado stabile, la rotazione rapida prolunga anche la durata del regime instabile. In casi estremi, questo può allungare il tempo necessario per svuotare il recipiente a tal punto che il processo è più veloce senza alcuna rotazione (cioè nella fase di puro glug-glug).
Come è noto, la velocità di rotazione dell'acqua è molto elevata.
Come hanno scoperto i fisici, esiste una velocità di rotazione ottimale alla quale i tempi di vita delle prime due fasi sono piuttosto brevi e allo stesso tempo il tornado stabile è così ben formato che l'acqua fuoriesce rapidamente. A questa velocità, il tempo necessario per svuotare il serbatoio è ridotto al minimo. Per la speciale configurazione di prova del gruppo di lavoro, la velocità di rotazione ottimale (a seconda delle dimensioni dell'uscita) era di circa tre o quattro giri al minuto. Tuttavia, se si superavano gli otto giri al minuto, il serbatoio si svuotava più lentamente rispetto a quando era fermo.
Poiché la forma del serbatoio testato - così come il contenuto - è diversa da quella di una bottiglia di birra, i risultati non possono essere trasferiti uno a uno all'esempio di tutti i giorni. Per calcolare la velocità di rotazione ottimale per un tornado di birra, sarebbe necessario analizzare le diverse forme di bottiglia e i possibili effetti dell'anidride carbonica nel liquido. Tuttavia, molto probabilmente vale lo stesso discorso: una rotazione più veloce non porta necessariamente a un risultato migliore.
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