Физики определили момент, когда кофе перестает вести себя предсказуемо

Когда студент-физик спросил бариста на кофейной конференции в Варшаве, какой вопрос он задал бы ученым в первую очередь, тот ответил, что хочет понять, как предотвратить ченнелинг во время заваривания.

Канализирование – это проблема, которая возникает, когда горячая вода проходит через сжатую гранулу молотого кофе. Вода следует по пути наименьшего сопротивления между частицами, что приводит к неравномерному извлечению и горькому вкусу.

В Варшавском университете начали изучать физику приготовления эспрессо, для чего в лаборатории установили профессиональную кофемашину и оснастили ее датчиками давления. Исследователи сварили сотни чашек бодрящего напитка и вывели уравнение, описывающее этот процесс, о чем сообщается в журнале Physics of Fluids.

"Мы, физики, часто превращаем кофе в объект исследования. Так что на этот раз он стал предметом исследования, а не просто топливом для работы", - говорит профессор Мацей Лисицки, возглавлявший исследование.

Оказалось, что при низком давлении кофе ведет себя как обычная пористая среда: поток жидкости прямо пропорционален приложенному давлению. Однако эспрессо обычно варят при давлении, превышающем атмосферное в шесть-девять раз, и, по словам Лисицкого, именно в этом диапазоне начинают происходить необычные вещи.

Примерно через 30–40 секунд растворимые вещества полностью переходят в воду, а оставшийся материал ведет себя как упруго-пористая среда. Для таких материалов характерна нелинейная зависимость расхода от давления – это означает, что при повышении давления в кофемашине до 6–7 бар скорость прохождения воды через таблетку перестает увеличиваться, а выше 9 бар даже несколько снижается. Этот изгиб кривой делает эспрессо гидродинамически саморегулирующейся системой.

"Кофейное сообщество знает об этом уплотнении, но без систематических доказательств. Думаю, мы впервые охарактеризовали этот эффект, и это побудило нас сформулировать теоретическое описание", - объясняет физик.

Он с энтузиазмом продолжает свои исследования эспрессо и надеется, что сможет выделить больше ресурсов на изучение сложной физики этого процесса.

"Как физики-теоретики, мы получили огромное удовольствие, погрузившись в математику и разработав упрощенную модель, которая объясняет эту зависящую от давления изменчивость. Она дает представление о динамике растворения на ранних стадиях", - отмечает Лисицкий.

Помимо изучения движения воды через кофейную таблетку, ученые планируют использовать стеклянные шарики для визуализации, чтобы заглянуть в процесс заваривания, который обычно скрыт внутри корпуса машины.

«Физика призвана отвечать на неразгаданные загадки, и оказывается, что в кофе заключено этих загадок не меньше, чем в галактиках», — заключил профессор.