Por qué se desborda una cerveza al golpearla con otra: la explicación científica

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El profesor de mecánica de fluidos de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), Javier Rodríguez, es de esos graciosos que se dedican a darle un golpe a una cerveza en la boca para ver como todo se convierte en espuma. Pero él lo hace por una buena razón: quiere averiguar por qué lo que era un líquido pasa a ser espuma en menos de un segundo. Y, tal como ha mostrado en una conferencia en Estados Unidos, lo ha descubierto. Lejos de ser una curiosidad, su experimento puede tener aplicaciones muy serias.

Más de uno lo habrá hecho o sufrido: desperdiciar una cerveza, aún la más fría, al darle un golpe con otra en la boca. En un brevísimo espacio de tiempo, la mayoría sale disparada de la botella en forma de espuma y la que queda dentro se ha quedado sin fuerza. Es una reacción en cadena que intriga a los físicos, entre ellos a Rodríguez y sus colegas del Grupo de Mecánica de Fluidos de la UC3M y de la universidad francesa de Pierre et Marie Curie.

Durante la conferencia anual sobre mecánica de fluidos de la Sociedad Física Americana, la más prestigiosa del mundo, Rodríguez ha mostrado por qué pasa lo que pasa en el segundo posterior a que la botella reciba el golpe. Se produce una sucesión de eventos que lleva a la liberación del CO2, un gas en su estado natural, del líquido en el que está atrapado.

Dice Rodríguez poco antes de ir a dar la conferencia:

“Cuando le das el golpe a la botella, es como si comprimieras un muelle. Al cabo de un poco de tiempo, este muelle tiende a estirarse (expansión), pero al estirarse demasiado, acaba comprimiéndose de nuevo. El proceso se repite varias veces, hasta que la energía del golpe se disipa. Aunque inicialmente el golpe lo lleva la botella, el hecho de que esté unida al líquido a través de la base, hace que el golpe se transmita a ésta de manera muy efectiva”
Esa sucesión de ondas de expansión y comprensión provoca la aparición de las primeras burbujas de CO2 en el fondo de la botella. En un fenómeno llamado cavitación, la implosión de las burbujas es casi instantánea, en menos de un milisegundo. Pero al romperse, lo hacen en burbujas aún más pequeñas, formando columnas en forma de hongo de burbujas flotantes en un rápido proceso de no más de 10 milisegundos. Estas nubes se expanden muy rápidamente y, aunque sus burbujas son más ligeras, también ocupan un mayor espacio que las burbujas individuales. Eso eleva su índice de flotabilidad y la presión. En un segundo, casi toda la cerveza ha salido disparada en forma de espuma.

“La espuma sale porque en las bebidas gaseosas, se pone más CO2 de lo que el agua (componente mayoritario) es capaz de mantener en disolución. Por eso, cuando dejas una botella de cerveza abierta durante mucho tiempo, se le escapa el gas”, explica Rodríguez. “Usualmente el CO2 escapa de las bebidas muy despacio. Lo que hace la cadena de eventos que se disparan al dar el golpe a la botella es multiplicar esta pérdida de gas por un factor tremendamente alto. Una botella puede perder en segundos el gas que le costaría horas perder si simplemente la dejaras abierta sobre la mesa”, añade.

Para demostrar la validez de su teoría y sus cálculos, cuya primera versión ya han publicado en Arxiv, los investigadores idearon un sistema para disparar la reacción pero sin tener que darle ningún golpe a la botella. Apuntaron hacia su base con un láser de alta potencia. Con uno de sus pulsos pudieron generar las primeras burbujas y el resto de la cadena se reprodujo sin necesidad de golpes. “Una vez tengas una pequeña nube de espuma dentro de la cerveza, ésta va a aumentar de volumen por un factor muy alto al subir por el líquido, y esto va a ocurrir independientemente del mecanismo que la generó y, por supuesto, del movimiento que tenga la botella o deje de tener”, comenta Rodríguez.

DESASTRES NATURALES EN CADENA

Lo que puede ser una broma gamberra en un bar, ser convierte en algo serio fuera de ella. En 1986, el lago camerunés de Nyos, que descansa sobre un volcán, liberó entre 100.000 y 300.000 toneladas de CO2 de forma explosiva. El gas se expandió a una velocidad de 100 Km/h, expulsando el oxígeno de un área de 25 kilómetros a la redonda. Murieron 1.700 personas y miles de cabezas de ganado asfixiadas. Los científicos aún investigan qué pasó.

“Hemos descubierto un mecanismo por el cual, un evento puntual (golpe en la botella), puede desencadenar una reacción en cadena que libera una cantidad enorme de CO2 que, de lo contrario, permanecería disuelto en el agua y escapando lentamente. Y literalmente, aquí se puede hablar de reacción en cadena”, recuerda Rodríguez. “Fenómenos como éste se sospechan que están detrás de la catástrofe del lago Nyos”, añade.

Aunque reconoce que no es un experto, el investigador de la UC3M cree que el curioso fenómeno de la cerveza que se convierte en espuma podría tener consecuencias para, por ejemplo, las tecnologías de secuestro de CO2, con las que se está empezando este gas de la atmósfera y encerrarlo en la tierra para reducir el calentamiento global. Si el CO2 se entierra en una roca relativamente porosa, un pequeño movimiento sísmico podría disparar un evento de expulsión del gas tan violento como el que ocurre en la botella. “Ese es el interés de la investigación básica. Aprendes física a bajo coste en el laboratorio, con sistemas sencillos como una botella de cerveza, que te ayuda luego a entender grandes problemas”, recuerda.

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