Các nghiên cứu khám phá chất lỏng trong bánh kếp, bia, và bồn rửa bát
Kỹ sư cơ khí Roberto Zenit đã dành cả mùa hè 2019 để cố gắng giải quyết một vấn đề lúc bấy giờ đang gây đau đầu cho các nhà khoa học trên toàn thế giới: Làm thế nào để chuyển các thí nghiệm động lực học chất lỏng, thường được thực hiện một cách hoàn hảo trong các phòng thí nghiệm, ra khỏi khuôn viên của nó? Kể từ khi đại dịch xảy ra, các nhà khoa học hàng đầu như Zenit đã đề xuất những phương thức sáng tạo để giúp sinh viên khám phá các dòng chảy chất lỏng ngay tại nhà.
Cuối cùng, câu trả lời cho Zenit đến từ những chiếc bánh kếp. Ông dạy một dạng thí nghiệm động lực học chất lỏng tại Đại học Brown, trong đó có một thí nghiệm yêu cầu sinh viên đo độ nhớt của một chất lỏng. Các nhà khoa học thường thực hiện thí nghiệm này bằng cách đo tốc độ rơi rất nhanh của các quả cầu nhỏ xuyên qua chất lỏng dày và lắng xuống dưới đáy. Nhưng Zenit nhận ra rằng ông không cần phải làm theo cách đó. Nhà bếp có nhiều chất lỏng nhớt, và tất cả những gì ông ấy phải làm là xuống đó và chọn lấy một dạng chất lỏng như vậy.
Và bột bánh kếp là một lựa chọn không tồi.
Bánh kếp hay bánh crêpe là một loại bánh rất mỏng, dẹt, thường được làm từ bột mì, trứng, sữa và bơ. Bánh kếp có nguồn gốc từ vùng Bretagne ở tây bắc Pháp, sau lan rộng ra toàn nước Pháp, trở thành món ăn truyền thống và phổ biến ở Pháp, Bỉ, Thụy Sĩ, Canada và Brazil. Ảnh: Pixabay
Vào mùa thu năm nay, các sinh viên của ông, tại nhiều khu vực khác nhau – do lệnh phong tỏa, phải trộn bột bánh kếp, đổ lên một bề mặt nằm ngang và đo tốc độ giãn nở của bán kính. “Bằng cách đo tốc độ phát triển theo thời gian của khối bột này, bạn có thể quay lại tính toán độ nhớt”, Zenit cho biết.
Trong khuôn khổ Hội nghị thường niên lần thứ 73 của Bộ phận Động lực học Chất lỏng thuộc Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ, Zenit đã mô tả thí nghiệm này tại một chuyên đề nhỏ về dòng chảy chất lỏng trong bếp. Ngoài dự án đo độ nhớt bằng bánh kếp, hội nghị chuyên đề còn có những nghiên cứu mới về cách các chất lỏng trộn lẫn với nhau hay cách chúng kết hợp với các hạt rắn (như trong bột hoặc bột nhào). Các nhà khoa học từ Đại học Cambridge đã mô tả những phát hiện mới về bước nhảy thủy lực – những gợn sóng nước đều đặn kỳ lạ có các cuộn chảy rối bao quanh, được hình thành một cách trực tiếp từ một vòi nước trong bếp.
Kỹ sư hóa học Endre Mossige, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Stanford, cũng là người tổ chức hội nghị chuyên đề trên, cho hay: “Rất dễ thực hiện các thí nghiệm dòng chảy chất lỏng trong bếp. Bạn không cần đến nhiều thiết bị để thu thập được những thông tin hữu ích về độn¬g lực học chất lỏng.”
Theo Jan Vermant, một kỹ sư tại ETH Zurich, nhà bếp là nơi lý tưởng để tìm kiếm nguồn cảm hứng. “Trong nhà bếp, chúng ta có thể làm được rất nhiều việc với các vật liệu tiếp giáp có hiệu suất cao. Bạn phải trộn chất lỏng với không khí và tạo ra nhũ tương, nghiên cứu những bọt bong bóng. Đây là những vấn đề cơ bản trong lĩnh vực thực phẩm mà các đầu bếp trên thế giới đều biết.”
Vermant đã trình bày về công trình gần đây của nhóm mình, trong đó giải quyết vấn đề của ngành bia bằng cách chuyển nó thành vấn đề động lực học chất lỏng. Ông nghiên cứu các màng mỏng, và trong nghiên cứu gần đây, ông đã tập trung vào tính ổn định của bọt trong bia và bánh mì. Những người nấu bia, ông nói, kiểm tra tiến trình lên men của các loại bia mới bằng cách theo dõi độ ổn định của bọt. Tuy nhiên, quá trình này còn rất “thủ công”. Khi xem xét quá trình sản xuất bia qua lăng kính động lực học chất lỏng, ông đã phát hiện ra một môi trường nghiên cứu đầy phong phú.
Trong bọt bia có nhiều môi trường khác nhau: dòng chảy mao dẫn, màng xà phòng và sự kết tụ protein. “Về cơ bản, chúng có tất cả các cơ chế mà một người kỹ sư có thể thiết kế ra”, ông nói. Nhóm nghiên cứu của ông phát hiện ra, mặc dù hầu hết các loại bia đều có bọt, nhưng những loại bia khác nhau đều có cơ chế về bọt khác nhau. Một số bọt hoạt động như màng xà phòng, một số khác thì phát triển những mạng lưới protein có độ liên kết chặt chẽ ở ngay bề mặt.
“Mỗi loại bia đều nêu bật các khía cạnh khác nhau của vấn đề theo một cách độc đáo riêng”, Vermant cho hay. Trong công trình tiếp theo, nhóm của ông áp dụng cách tiếp cận tượng tự để tìm hiểu các hiện tượng tiếp giáp bề mặt của bánh mì – và cũng như công trình trước, họ tìm thấy những cơ chế khác nhau. “Bánh mì có nhiều cơ chế đa dạng, phong phú để ổn định các cấu trúc bọt”, ông nói.
Vermant cho rằng, nghiên cứu này không chỉ để tìm hiểu về bia và bánh mì, nó có thể giúp ông tìm ra những vật liệu mới. “Chúng tôi có thể bắt chước các hệ này và có thể tạo ra các bọt bằng việc sử dụng các nguyên tắc tương tự như bọt bia”, ông nói, vốn có thể hữu dụng để cho những ứng dụng trên phạm vi rộng từ chất cách điện dạng phun đến các bọt có chức năng bảo về mùa màng.
Anh Thư dịch
Nguồn: Studies explore fluids in pancakes, beer, and the kitchen sink
