Lo svuotamento della bottiglia è un fenomeno che molti di noi hanno osservato mentre si versa una bevanda. I ricercatori dell'Indian Institute of Technology Roorkee hanno scoperto come svuotare le bottiglie più velocemente, che ha implicazioni ad ampio raggio per molte aree al di là dell'industria delle bevande.

Le bolle sono state ampiamente studiate per secoli, compresi i primi sforzi di Leonardo da Vinci che notò notoriamente l'aumento sinusoidale delle bolle all'interno di una piscina. La dinamica di crescita delle bolle all'imboccatura di una bottiglia dipende dalle proprietà termofisiche del fluido, la geometria della bottiglia e il suo angolo di inclinazione. Questi parametri inestricabilmente intrecciati hanno reso la dinamica dello svuotamento delle bottiglie la prossima frontiera per i fisici delle bolle.

In questa settimana Fisica dei fluidi , Lokesh Rohilla e Arup Kumar Das esplorano questo fenomeno di svuotamento della bottiglia dal punto di vista della dinamica delle bolle su una bottiglia commerciale utilizzando la fotografia ad alta velocità. L'analisi delle immagini ha permesso loro di concettualizzare vari parametri, come lo spessore del film liquido, rapporto di aspetto della bolla, velocità di salita e modalità di svuotamento bottiglia.

"Le dinamiche delle bolle all'interno della bottiglia sono troppo complesse da studiare, quindi abbiamo diviso la crescita dell'interfaccia della bolla in diverse fasi per comprenderle, " disse Roilla.

È risaputo che il tempo di svuotamento di una bottiglia è più rapido se si aumenta il suo angolo di inclinazione. Ciò aumenta la cosiddetta frequenza di interruzione delle bolle, e il relativo incremento dipende dalle proprietà termofisiche del fluido.

"I nostri esperimenti suggeriscono che esiste un angolo di inclinazione critico, dopodiché un ulteriore aumento dell'inclinazione della bottiglia non comporterà un'ulteriore riduzione del tempo di svuotamento della bottiglia, " disse Rohilla. "Ciò si verifica a causa della saturazione del vuoto, spazio occupato dall'aria all'interno del liquido circostante, alla bocca della bottiglia con l'angolo di inclinazione."

Sono state identificate due distinte modalità di svuotamento della bottiglia. In una modalità, la velocità di scarico è aumentata a causa di un pizzicamento ad alta frequenza di bolle d'aria all'interno della bottiglia. Nell'altra modalità, è causato da un aumento di volume della bolla pizzicata ad una frequenza relativamente più bassa.

"Abbiamo anche osservato una bolla incapsulata durante lo scarico del fluido in una bottiglia capovolta verticalmente, " ha detto Rohilla. "Le bolle incapsulate hanno punti di pizzicamento al di fuori della bocca della bottiglia, contrariamente all'intuizione. La presenza di un violento getto di espulsione all'interno di fluidi non viscosi, in cui il liquido diventa sottile a causa di quasi nessun attrito interno, e la sua completa assenza all'interno di fluidi viscosi controlla la periodicità delle bolle."

Questo lavoro dimostra che la geometria della bottiglia e le proprietà termofisiche giocano un ruolo nel ridurre il tempo necessario per svuotare una bottiglia.

"Possiamo manipolare il modello di scarico della bottiglia manipolando la geometria della bottiglia, " ha affermato Das. "Un design intuitivo della bottiglia specifico per il prodotto consentirà un migliore controllo della sua velocità di scarico".

L'industria delle bevande e gli impianti chimici sono tra le applicazioni che trarranno vantaggio da questa migliore comprensione della geometria delle bottiglie.