Кофе латте состоит из одной части кофе эспрессо и трех частей молока. Напиток известен своей светло-коричневой пенкой горячего молока. Подают латте обычно в прозрачном бокале на ножке, в котором отчетливо можно различить красиво окрашенные слои кофе.
Расслаивание жидких смесей может происходить под действием градиентов тепла и плотности. Быстро вливая горячий эспрессо в теплое молоко, мы действуем против градиента плотности. Поток менее плотного кофе, попадая в молоко, образует перевернутый фонтан: под действием инерции эспрессо вливается в плотные слои молока, замедляется и выталкивается на поверхность.
Зафиксировать расслоение помогает образующийся градиент температур. Нижняя часть слоя эспрессо контактирует с менее нагретым молоком, охлаждаясь и становясь плотнее, в то время как верхняя часть кофе будет более горячая и легкая. Таким образом, после вливания эспрессо в молоко из хаотичной смеси за несколько минут образуется градиентная смесь. Видимый переход от молока к кофе может сохраняться до нескольких часов, пока при постепенном охлаждении внутри стакана не образуется однородная смесь. Пенка латте, как наименее плотная, остается на поверхности напитка и в процессе расслоения не участвует.
Чтобы математически описать механизм смешивания двух жидкостей, механики провели эксперименты с окрашенными жидкостями, имитирующими компоненты латте. Ученые вливали окрашенную жидкость в более плотный подсоленный раствор и с помощью цветочувствительных анализаторов рассчитывали параметры потоков, образующихся в системе.
Эксперименты показали, что при высокой скорости вливания более легкого раствора смесь распределяется на большее количество визуально различимых слоев. При медленной подаче реагента цветовой градиент между двумя жидкостями будет резкий, без переходных слоев. Специалисты посчитали критическую скорость, при которой система расслаивается.
Расслоение кофейного напитка — красивая и понятная иллюстрация явления двойной диффузионной конвекции. Авторы, ссылаясь на пример из повседневной жизни, предлагают принципиально новый подход к созданию слоистых структур: вместо послойного создания материала вливать одну фазу в другую с определенной скоростью. За счет градиентов плотности и температур жидкости самоорганизуются в слои.
Существование градиентных систем противоречит законам термодинамики (максимум энтропии в системах), и со временем они должны превратиться в однородные растворы. Однако, если смешивать более плотные гели, они могут сохранять слоистую структуру гораздо дольше, чем стакан латте. Работа ученых опубликована в журнале Nature Communication.
Это тоже интересно:
