기네스 맥주의 거품은 왜 가라앉는가

어제 친구들과 기네스를 잔에 따라먹다가 나온 얘기라서 포스팅.

기네스맥주는 역시 잔에 따라먹어야 제맛인데,
대개의 맥주와는 다르게 기네스에서는 거품이 아래로 가라앉는듯한 모습을 볼 수 있다.
(위 동영상 참고)

이러한 이유에 대해서 유체역학자들이 많은 연구...까진 아니고 분석을 해둔 것이 있다.
에딘버러대학의 Andy Alexander와 스탠포드의 Dick Zare가 실험적으로 밝힌 메카니즘은 이렇다.

1.  처음 글라스에 기네스를 따르면 센터에서 거품이 올라온다. 
글라스 표면에서는 항력이 작용하므로 주된 흐름은 컵 중앙에서 발생한다.

2. 상층부에 도달한 거품은 테두리로 퍼져나간다.

3. 뒤에서 계속해서 흐름이 밀고 들어오므로 테두리로 몰린 거품은 아래로 밀려나기 시작한다.

4.  아래까지 밀려난 거품은 다시 가운데의 주된 흐름을 타고 올라온다.

5. 이 사이클이 모멘텀을 모두 잃고 정상상태가 될때까지 반복된다.

간단히 설명하자면 이런 모양새.

(출처는 이곳)


그러면 다른 맥주와 기네스의 거품이 왜 다르냐.
그 비밀은 거품의 크기와 거품의 성분이다. 
기네스의 거품은 크기가 매우 작아서 유체의 흐름을 타기쉽다. 
반면에 거품이 크면 그 자신의 부력에 의해 상승하는 힘이 주로 작용하게 된다.

또한 일반적인 맥주의 거품은 이산화탄소인데에 반해 기네스의 거품은 질소로 되어있다.
이산화탄소는 물에 잘 녹기 때문에 기포가 발생하면 맥주 안에서 기포가 성장하게 된다.
반면 질소는 물에 녹지 않기 때문에 기포들이 성장하지 않게 되는것.

이 연구결과(...)를 보고 호주의 Md Nurul Hasan Khan은 기네스 맥주의 물성과
기포의 평균크기를 대입해 수치해석을 감행, 해석결과가 실험과 일치함을 보였다.

그러면 이 현상에 대한 FAQ 번역한 것을 정리해보자.

1.  잔에 따르는 방법이 중요한가?

이 현상은 따르는 방법과 크게 상관이 없다.  어쨌거나 위로 circulation이 발생하는 것이 중요하다. 
다만 거품이 안생기게 따르면 볼 수 없다 (....)

2. 컵의 모양이 상관있나?

상관없다.

3.  점성이 상관이 있나?

점성효과가 커지면 거품의 속도가 감소할 것이다.

4.  실험을 위한 맥주는 어떻게 공급했나?

기네스가 연구를 지원했다 (....)  기네스 특유의 widget도 제공했다.
위젯은 거품이 잘 생기게 기네스를 부어주는 장치.