Когда студент-физик спросил бариста на Варшавской кофейной конференции, какой вопрос они хотели бы задать учёным, бариста ответили, что хотели бы узнать, как не проливать кофе во время заваривания. «Каналы» — это проблема, которая возникает, когда горячая вода проходит через спрессованную «шайбу» эспрессо. Вода проходит через кофейную гущу по пути наименьшего сопротивления, что приводит к неравномерному завариванию и появлению горечи.
В журнале Physics of Fluids исследователи из Варшавского университета попытались определить физические свойства процесса приготовления эспрессо, чтобы его усовершенствовать. «Мы, физики, каждый день превращаем кофе в объект исследования, — говорит автор исследования Мацей Лисицкий. — Теперь мы сделали его предметом исследования, а не топливом».
С помощью кофемашины профессионального уровня и датчика давления Лисицкий и его команда сварили сотни чашек эспрессо при разном давлении. Они обнаружили, что при более низком давлении кофе ведет себя как обычная пористая среда, а сила давления жидкости на пористую среду прямо пропорциональна ее потоку и выходу. Однако при приготовлении эспрессо давление обычно в 6-9 раз превышает атмосферное. В этом случае начинает происходить нечто странное.
Примерно через 30–40 секунд весь кофе растворяется, и то, что остается, можно отнести к пороупругим материалам. Для них характерна нелинейная динамика давления, то есть при повышении давления в кофемашине скорость прохождения воды через кофейную таблетку перестает увеличиваться.
«О таком пористо-упругом уплотнении упоминали в кофейном сообществе, но систематических доказательств не было, — говорит Лисицкий. — Думаю, мы впервые описали такой эффект, и это побудило нас сформулировать его теоретическое описание. Будучи физиками-теоретиками, мы с радостью погрузились в математические расчеты и создали упрощенную модель, которая объясняет эту вариативность в зависимости от приложенного давления. Она также дает нам представление о динамике растворения, наблюдаемой при более коротких временных отрезках».
«Физика — это ответ на неразгаданные тайны, и оказалось, что кофе хранит в себе эти тайны точно так же, как и галактики», — заключил Лисицкий.
[Фото: Mirek Kaźmierczak / University of Warsaw]
