Cafeaua de turnare se face prin curgerea unui jet de apă puternic, laminar, printr-un pat de boabe de cafea măcinată.
Cafeaua este una dintre cele mai populare băuturi din lume, numărând mulți oameni de știință printre fanii săi. Desigur, acești oameni de știință sunt uneori atrași să -și studieze băutura iubită din diverse unghiuri, cu un ochi spre realizarea cupei perfecte.
În timp ce Espresso a primit partea leului de o asemenea atenție, fizicienii de la Universitatea din Pennsylvania au investigat fizica din spatele berii așa-numite cafea „pour-over”, în care apa caldă este turnată pe terenuri de cafea într-un filtru într-un con, în formă de pâlnie și a permis să percolizeze și să se scurgă într-o ceașcă de mai jos. Trucul este să turnați apa cât mai sus, fără a lăsa jetul de apă să se despartă de impactul cu motivele, potrivit lor hârtie nouă Publicat în revista Physics of Fluids.
În 2020, am raportat pe a Model matematic Pentru prepararea cupei perfecte de espresso cu deșeuri minime. Multe variabile pot afecta calitatea unei cupe aburitoare de espresso, inclusiv așa-numita „canalizare” în timpul procesului de preparare, în care apa nu se scurge uniform pe teren, ci se ramifică în diferite căi preferențiale. Acest lucru reduce semnificativ randamentul de extracție (EY) – fracția de cafea care se dizolvă în băutura finală – și astfel calitatea berii finale. Acest lucru, la rândul său, depinde de controlul debitului și presiunii de apă, deoarece lichidul se percolează prin terenurile de cafea.
Acest model s -a bazat pe modul în care ionii de litiu se propagă prin electrozii unei baterii, asemănător modului în care moleculele de cofeină se dizolvă din motivele de cafea. Concluzie: Cel mai reproductibil lucru pe care îl puteți face este să folosiți mai puține boabe de cafea și să optați pentru o măcinare mai grosieră cu puțin mai puțină apă; Timpul de bere a fost în mare parte irelevant. Trei ani mai târziuaceeași echipă a arătat cum Adăugarea unui singur stropit de apă la boabele de cafea înainte de măcinare poate reduce semnificativ încărcarea electrică statică pe motivele rezultate. La rândul său, aceasta reduce aglomerarea în timpul berii, obținând mai puține deșeuri și fluxul puternic și consistent necesar pentru a produce o ceașcă gustoasă de espresso.
Și doar luna trecută În cadrul unei conferințe de fizică, oamenii de știință au prezentat informații despre fizica de bază a canalizării care vor ajuta în continuare iubitorii de cafea să obțină rezultate mai consistente atunci când se prepară espresso. Ei au descoperit că canalizarea a afectat negativ randamentele de extracție, dar nu a avut impact asupra vitezei cu care apa curge prin pucul espresso.
Arta Grindului
Dinamica cafelei cu over-over, a parametrilor relevanți și a configurației experimentale de laborator. Credit: E. Park și colab., 2025
Au existat mult mai puține studii care se concentrează pe creșterea randamentelor de extracție pentru cafeaua cu o vechime, în vârstă, potrivit autorilor acestei ultime lucrări. Elementele fundamentale sunt terenurile de cafea, un flux de apă laminar neted și un con în formă de pâlnie pentru a ține filtrul. Calitatea cupei de cafea rezultate este dependentă de variabile precum cantitatea de cafea folosită, raza jetului, înălțimea de turnare și viteza de curgere, toate având un impact asupra modului în care interacționează jetul de apă cu patul de cafea. În mod ideal, doriți o amestecare eficientă pentru a obține o ceașcă mai bogată.
Din punct de vedere al fizicii, vorbim despre o interacțiune complexă între un jet lichid și un pat granular de cafea. Iar materialele granulare sunt predispuse la avalanșe. În timp ce cercetările anterioare au analizat separat jeturile de apă și avalanșele granulare, „se știe mult mai puțin despre jeturile de apă care afectează o suprafață lichidă cu un material granular de dedesubt”, au scris autorii. „Mai mult, există relativ puține studii care vizualizează direct particulele granulare care interacționează cu fluxurile multifazice.”
Pentru a afla mai multe, autorii au efectuat mai multe experimente. Au făcut o cafea de la laborator, analizând terenurile de cafea cu o cameră de înaltă rezoluție pentru a obține o distribuție a mărimii particulelor, apoi măsurarea solidelor totale dizolvate în cafeaua preparată. De asemenea, au simulat acest proces de bere folosind particule de silicagel ca substitut pentru terenurile de cafea și o pâlnie transparentă de sticlă la o înclinare de 60 de grade ca filtru de con de cafea, iluminat de lasere. Încă o dată, camerele de mare viteză au capturat dinamica interacțiunii dintre particulele de gel și jeturile de apă.
Pe baza descoperirilor lor, autorii recomandă să revină încet apă caldă pe terenurile de cafea pentru a oferi fasolei mai mult timp cufundat în apă. Dar turnați apa prea încet și jetul rezultat se va lipi de pasaj („efectul de ceainică”) și nu va exista o amestecare suficientă a terenurilor; În schimb, se vor stabili în jos, scăzând randamentul de extracție. „Dacă aveți un jet subțire, atunci tinde să se despartă în picături”, ” a spus coautorul Margot Young. „Asta doriți să evitați în aceste pour-out, pentru că asta înseamnă că jetul nu poate amesteca eficient terenul de cafea.”
Impact mai mic cu diametrul cu jet asupra dinamicii. Credit: E. Park și colab., 2025
Acolo provine creșterea înălțimii de la care turnați. Aceasta oferă mai multă energie din gravitație, pe autori, crescând amestecarea terenurilor de cafea granulare. Dar, din nou, există un astfel de lucru care să revină de la o înălțime prea mare, ceea ce face ca jetul de apă să se despartă. Înălțimea ideală nu este mai mult de 50 de centimetri (aproximativ 20 inci) deasupra filtrului. Cartura clasică de ceai gâscă se dovedește a fi ideală pentru atingerea acestei înălțimi optime. Cercetările viitoare ar putea explora efectele modificării mărimii cerealelor din terenurile de cafea.
Creșterea randamentelor de extracție și, prin extensie, reducerea cât de mult de cafea se folosește chestiuni, deoarece devine din ce în ce mai dificil să cultivăm cele mai frecvente specii de cafea din cauza schimbărilor climatice în curs de desfășurare. „Cafeaua este din ce în ce mai greu de dezvoltat și, astfel, din această cauză, prețurile pentru cafea vor crește probabil în anii următori”, co-autorul Arnold Mathijssen a spus New Scientist. „Ideea acestei cercetări a fost într -adevăr să vedem dacă am putea ajuta să facem ceva prin reducerea cantității de boabe de cafea care sunt necesare, păstrând în același timp aceeași cantitate de extracție, astfel încât să obțineți aceeași putere de cafea.”
Dar potențialele aplicații nu se limitează la berea de cafea. Autorii notează că aceeași interacțiune de pat granular cu jet de lichid/scufundat este, de asemenea, implicată în eroziunea solului din cascade, de exemplu, precum și în tratarea apelor uzate – folosind jeturi lichide pentru a aera apele uzate pentru a spori biodegradarea materiei organice – și scoruirea barajului, unde terenul solid din spatele unui baraj este uzat lent de jeturile de apă. „Deși barajele funcționează la o scară mult mai mare, acestea pot suferi dinamici similare, iar găsirea unor modalități de a reduce înălțimea jetului în baraje poate scădea eroziunea și sănătatea barajului alungită”, au scris ei.
Fizica lichidelor, 2025. DOI: 10.1063/5.0257924 (Despre Dois)
Jennifer este un scriitor senior la Ars Technica, cu un accent deosebit pe locul în care știința întâlnește cultura, care acoperă totul, de la fizică și subiecte interdisciplinare conexe până la filmele și serialele sale de televiziune preferate. Jennifer locuiește în Baltimore împreună cu soțul ei, fizicianul Sean M. Carroll, și cele două pisici ale lor, Ariel și Caliban.
Comentarii recente