Eine volle Tasse Kaffee von der Küche ins Esszimmer zu tragen, kann für einen verschlafenen Koffeinsüchtigen heikel werden, wenn er versehentlich eine Welle Gourmetkaffee über den Rand schwappen lässt. Aber mit ein bisschen Schaum oben drauf wird die Sache leichter.
Wissenschaftler haben festgestellt, dass nur wenige Blasenschichten die wogenden Bewegungen von Flüssigkeiten deutlich reduzieren. Die Forschungsarbeit wurden im Journal Physics of Fluids veröffentlicht, das von AIP Publishing herausgegeben wird. Sie könnte Anwendungen nach sich ziehen, die weit über Frühstücksgetränke hinausgehen, darunter den sichereren Transport von Flüssiggas in Tankwagen und Treibstoff in Raketenantrieben.
Emilie Dressaire ist jetzt Assistenzprofessorin für Mechanik und Luftfahrttechnik an der Polytechnic School of Engineering der New York University. Sie erinnert sich daran, dass sie das erste Mal über Schaum als Dämpfungsmechanismus nachdachte, als ihr bei Starbucks ein Caffè Latte gereicht und gesagt wurde, dass sie wahrscheinlich keinen Stopper benötigen würde, um ihn am Überschwappen zu hindern. Als Dressaire in der Complex Fluid Group an der Princeton University zu arbeiten begann, erfuhr sie, dass ihre Kollegen ein vergleichbares Phänomen bei einem anderen schaumigen Getränk bemerkt hatten: Bier.
„Als ich im Süden Frankreichs für meine Doktorarbeit studierte, waren wir in einer Kneipe, und wir bemerkten, dass die wogenden Bewegungen fast gar nicht auftraten, wenn wir ein Glas Guinness trugen – das ist ein sehr schaumiges Bier“, sagte Alban Sauret, der derzeit als Forscher am French National Center for Scientific Research (CNRS) tätig ist.
Die Wissenschaftler nahmen ihre Beobachtungen vom Kaffeehaus und der Kneipe mit ins Labor, wo sie ein Gerät bauten, um die Dämpfungsstärke des Schaums systematischer zu überprüfen. Sie konstruierten einen schmalen, rechteckigen Behälter aus Glas, den sie mit einer Lösung aus Wasser, Glycerin (einer häufig verwendeten Substanz, die die Viskosität von Flüssigkeiten erhöht) und dem gewöhnlichen Geschirrspülmittel Dawn füllten. Durch Einblasen von Luft mit einer konstanten Rate durch eine Nadel im Boden des rechteckigen Behälters erzeugte das Team gleichförmige Schichten aus Blasen mit drei Millimetern Durchmesser. „Der Geschirrspülmittelschaum ist sehr stabil, was uns ermöglichte, die Experimente durchzuführen, ohne dass die Blasen verschwanden“, sagte François Boulogne, ein Mitglied des Teams.
Die Forscher experimentierten mit zwei Bewegungstypen: Entweder stießen sie den Behälter mit einer schnellen Bewegung von Seite zu Seite an, oder sie bewegten ihn stetig vor und zurück. Die resultierenden Wellen zeichneten sie mit einer Hochgeschwindigkeitskamera auf. Sie fanden heraus, dass lediglich fünf Schaumschichten ausreichten, um die Höhe der Wellen um den Faktor Zehn abzuschwächen.
Das Team vermutet, dass der Schaum die Energie der wogenden Flüssigkeit durch Reibung an den Seiten des Behälters ableitet. Mehr als fünf Blasenschichten brachten nicht viel mehr Abschwächung, weil sich die obersten Schaumschichten nicht wirklich bewegten. Das Team stellte auch fest, dass Blasen, die keinen Kontakt zu den Wänden des Behälters haben, nicht viel zur Abschwächung beitragen.
Die von starkem Hin- und Herschwappen verursachten Probleme gehen über den Ärger wegen verschütteter Getränke hinaus. Es geht um Fragen der Sicherheit beim Transport gefährlicher Flüssigkeiten wie Öl und Flüssiggas in großen Tankwagen. Den Forschern zufolge kann das Hin- und Herwogen beträchtliche Druckkräfte auf die Wände eines Tankwagens ausüben, was einen Riss hervorrufen oder das Fahrverhalten des Fahrzeugs stören könnte.
Die Autoren hoffen, dass ihre Forschungsarbeit über Schaum eines Tages zu günstigen und leichten Möglichkeiten für den Transport großer Mengen Flüssigkeit mit minimalem Hin- und Herwogen führen wird. „Die potenziellen Anwendungen sind viel weitreichender als nur Bier“, sagte Sauret.
Quelle: https://www.aip.org/publishing/journal-highlights/why-latte-less-likely-spill-coffee
(THK)
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