Bierbelvorming

Hallo, schrijven Sarah en Ester van een gymnasium in het noorden des lands. Voor ons eindexamen VWO moeten wij, in het kader van de Tweede Fase, een profielwerkstuk maken. We doen meteen mee aan de wedstrijd IYPT, een internationale natuurkundewedstrijd voor scholieren. We moeten de volgende vraag beantwoorden: `Als je met een flesje bier op een ander flesje tikt, gaat dat onderste flesje spuiten. Leg uit hoe dat kan.' Het is een zeer bekend verschijnsel maar er is erg weinig theorie over te vinden. Wij vroegen ons af of u ons misschien verder kon helpen.

Hallo, daar zouden wij, van een HBS in het oosten des lands, nooit opgekomen zijn: om het gewoon te vragen. Wij hadden destijds niet eens geweten dat dit een `zeer bekend verschijnsel' was. En op de flesjes slaan was er al helemaal niet bij. Maar gezegd moet worden: in de kantine van de infanterieschool kwam het wel eens voor dat een medestrijder je net geopende flesje liet leeglopen door er op te tikken. Wij stonden daar toen niet verder bij stil.

Kan het AW-labo helpen? Dat hangt er van af. Er is hier immers sprake van een dubbel raadsel. Het is vreemd dat de klap van het ene bierflesje op het andere asymmetrisch uitwerkt. En het is sowieso niet direct te begrijpen waarom een klap tot schuimvorming moet leiden. De intuïtie zegt dat het in profielstuk en IYPT-competitie wel vooral om het schuim zal gaan.

Om te beginnen, Sarah en Ester, is het altijd verstandig dit soort waarnemingen te bevestigen. Vaak kloppen ze niet en vaak valt er meer waar te nemen dan is waargenomen. Een goede proef kan je veel denken besparen! Om het zekere voor het onzekere te nemen heeft het AW-labo twaalf flesjes bier van een onbekend merk in huis gehaald en de helft daarvan in de buitenlucht te koelen gezet. De rest kwam in het hoog opgestookte labo te staan. Het plan was het onderzoek te beginnen aan de koude flesjes en de warme als reserve achter de hand te houden. Bier schuimt omdat het oververzadigd is aan koolzuurgas en hoe warmer het bier hoe groter de oververzadiging èn hoe makkelijker de koolzuurbellen aangroeien en opstijgen. Warm bier schuimt altijd. Voor de onderhavige kwestie bleek het helemaal niets uit te maken.

De flesjes kregen een uur of vijf de tijd om te bekomen van het transport, want een vers geschud flesje kan al vanzelf verschrikkelijk schuimen, dat weten jullie ook wel. Na het chambreren zijn de flesjes kort na elkaar geopend en betikt, eerst de koude, toen de warme. Binnen een half uur was alles voorbij.

Direct al werd duidelijk dat bijna altijd beide flesjes na het tikken schuimen, zeker als het onderste op een stenen aanrecht staat. Kennelijk ondervinden ze dan beide dezelfde invloed van de stoot. Wordt het onderste flesje in de hand gehouden, zoals op de foto, dan treedt een flink verschil op en kan het onderste flesje half leeglopen terwijl er uit de bovenste maar een paar centiliters wegstromen. Het is een opvallende en interessante asymmetrie die nog van pas kan komen bij het eiertikken met Pasen.

Bij een tik die goed aankomt ontwikkelt het bierschuim zich nagenoeg momentaan, maar wie goed oplet ziet dat het altijd op een aantal vaste plaatsen (twee of drie), een paar centimeter boven de flesbodem begint. Opvallend is verder dat het foefje nog een paar keer met hetzelfde bier is te herhalen. Meer viel er eigenlijk niet waar te nemen.

Nu ja, dit nog: toen er twee flesjes bier hard met de zijkanten tegen elkaar werden geslagen gebeurde er helemaal niets. Er onstond nog niet het kleinste gasbelletje. Het was deze kleine observatie die de aandacht vestigde op het merkwaardige feit dat bier in een rustig geopend bierflesje meestal totaal niet sprankelt (dat is: belletjes vormt) terwijl datzelfde bier overgeschonken in een droog bierglas eindeloze hoeveelheden belletjes afgeeft.

In de fles niets, in het glas volop. Hetzelfde bier! Uit deze hoek, Sarah en Ester, moet waarschijnlijk de verklaring komen. Hoe oververzadigd aan koolzuurgas een net geopend flesje bier ook is, het gas kan onder normale omstandigheden pas tot zichtbare belvorming komen als er vaste deeltjes (suiker, zout, peper, zand) door het bier drijven of als er voldoende krasjes of scheurtjes in glas of fles zitten. De deeltjes en krasjes doen dienst als nucleation sites: plaatsen waar de eerste kiemen van bellen kunnen ontstaan. De bekende condensatiekernen (CCN's) die onmisbaar zijn voor wolkvorming zijn een soort binnenstebuiten tegenhangers van de krasjes.

In gewone glazen bierglazen is meestal geen gebrek aan krassen en scheuren. Bij de productie ontstaan ze vooral op de bodem en later komen er door het gebruik ook wat krasjes op de wanden bij. Vaak zijn ze niet eens zichtbaar maar blijkt hun aanwezigheid uit het feit dat de belletjes steeds op dezelfde plek ontstaan. Waar het om gaat is dat de binnenzijde van bierflesjes meestal vrij is en blijft van krasjes. Het bier wil er daarom met geen mogelijkheid tot belvorming komen tenzij je er lucht of koolzuurgas doorheen schudt. Of als je er een flinke klap op geeft.

Wat die klap precies teweegbrengt is nog niet helemaal duidelijk maar aangenomen mag worden dat-ie hetzelfde opwekt in bier als wat een ontploffende boterhamzak aanricht in een gesloten kamer. Na de klap op de fles trekken zones met hoge en lage druk door het bier (in de kamer waar die zak klapt wordt zoiets als geluid ervaren) en in samenspel met de zogenoemde eigenfrequentie van de bierfles kan de druk lokaal erg laag worden. Zo laag (lager dan de dampdruk van water) dat er spontaan bellen ontstaan. `Cavitatie' heet dat en de encyclopedie heeft er nog veel lezenswaardigs aan toe te voegen. Zijn er eenmaal bellen dan volgt de rest vanzelf.

Het AW-centrum durft niet garanderen dat het precies zo zit maar heeft er wel een goed gevoel over. Het eigenaardige is dat op internet nogal wat los geformuleerde artikelen, van het genre fizziks is fun, zijn te vinden waarin een omgekeerd fenomeen wordt beschreven. Is een blikje bier onbedoeld nogal heftig geschud en vreest men onhanteerbare schuimvorming, dan zou het helpen vlak voor het openen van het blikje daarop een flinke klap te geven.