Schaum der Bierblume wirkt dem Überschwappen entgegen
24.02.2015
Der Schaum des Bieres verhindert bis zu einem gewissen Grad das Überschwappen des Getränks, während Flüssigkeiten ohne Schaumauflage leichter über die Ränder laufen. Ein amerikanisch-französisches Forscherteam um Alban Sauret vom französischen Forschungszentrum CNRS Saint-Gobain hat nun den Effekt des Schaums auf Bewegungen der Flüssigkeit innerhalb eines Behälters untersucht und dabei festgestellt, dass bereits eine dünne Schaumschicht die Dynamik der Flüssigkeit deutlich dämpft.
Wird ein Behälter in Bewegung gesetzt, beginnt die freie Oberfläche der Flüssigkeit im Inneren zu schwingen und im Zweifelsfall überzuschwappen. „Allerdings schwappt Bier nicht so leicht über wie Wasser, was bedeutet, dass Schaum verwendet werden kann, um das Überschwappen zu verhindern“, so der Ansatz von Alban Sauret und Kollegen in dem Fachmagazin „Physics of Fluids“. Der Gedanke zu den Untersuchungen sei ihm beim Trinken eines schaumigen Guinness gekommen, das auch bei stärkeren Bewegungen des Glases kaum überschwappte, berichte Sauret.
Auswirkungen der Schaumauflage auf die Flüssigkeitsbewegung
Gemeinsam mit Emilie Dressaire von der New York University und weiteren Kollegen der Princeton University in New Jersey hat Alban Sauret das Phänomen der Bewegungsdämpfung durch Schaum in der aktuellen Studie genau analysiert. Speziell angefertigte, rechteckige Behälter wurden mit einer Tensidlösung befüllt und von unten wurde mit einer feinen Nadel Luft durch die Flüssigkeit gepumpt. Es entstand ein Schaum aus gleichmäßig großen Bläschen. Nun begannen die Forscher den Behälter in Bewegung zu versetzen und filmten das Verhalten der Flüssigkeit beziehungsweise des Schaums mit Hilfe einer Hochgeschwindigkeits-Kamera. Sie erkannten, dass bereits wenige Schichten aus Schaumbläschen ausreichen, um die Dynamik der Flüssigkeit in den Behältern beziehungsweise deren Schwingung erheblich zu dämpfen.
Schon eine dünne Schaumschicht zur Bewegungsdämpfung ausreichend
Entscheidend für die energieabsorbierende Wirkung des Schaums ist laut Aussage der Wissenschaftler die Reibung der Schaumblasen an der Gefäßwand. Schaumbläschen ohne Kontakt mit der Wand hätten indes kaum Einfluss auf die Bewegung der Flüssigkeit. Des Weiteren erläutern die Sauret und Kollegen, dass bereits fünf Lagen aus Schaumblasen ausreichen, um eine umfassende Dämpfung der Bewegung zu erzielen. Da sich die obere Lage der Schaumblasen dabei schon kaum noch bewege, könne zusätzlicher Schaum keine signifikante zusätzliche Reduzierung der Bewegung bewirken.
Zahlreiche industrielle Anwendungen möglich?
Zwar ist den meisten Menschen der dämpfende Effekt des Schaums auf die Bewegung der Flüssigkeit eher vom Bier, Latte macchiato oder Cappuccino bekannt, doch seinen wahren Nutzen könnte der Schaum nach Einschätzung der Forscher an anderer Stelle entfalten. Sie denken dabei zum Beispiel an den Transport von Öl und Flüssiggas in Tankwagen. Denn hier kann die Schwapp-Dynamik erhebliche Druckkräfte auf die Wänden eines Behälters ausüben und schlimmstenfalls zu dessen Zerstörung führen. Für den Schaum seien zahlreichen industriellen Anwendungen möglich, so das Fazit von Sauret und Kollegen. Nicht zuletzt könne der Schaum auch zum sicheren Transport von Raketentreibstoff eingesetzt werden – und das Alles, dank des Anblicks einer perfekten Bierblume. (fp)
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Bild: Tim Reckmann / pixelio.de
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