На надзвуковій швидкості й за низьких температур: розгадано фізику відкриття пляшки шампанського

Імовірно, учора ви зустрічали Новий рік із келихом шампанського, не підозрюючи, що відкоркування пляшки цього ігристого напою може бути вельми небезпечною справою. В новому дослідженні австрійські вчені дійшли висновку, що ми маємо справу з надзвуковим механізмом, схожим на потужний літак, пише Daily Mail.

За словами команди з Інституту механіки рідини Віденського технологічного університету, їм нарешті вдалося розкрити дивовижну фізику, що лежить в основі пінного шампанського. Дослідники виявили, що надзвукова ударна хвиля викидає газ через пляшку зі швидкістю до 400 метрів на секунду за неймовірної температури -130°C. Для порівняння, це набагато нижче, ніж на Північному полюсі.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Водночас корок вилітає з пляшки ігристого напою з набагато меншою швидкістю, але все ж досить швидко, щоб травмувати людину, якщо під час відкриття пляшка буде спрямована в неправильному напрямку.

За словами керівника дослідження, аспіранта Лукаса Вагнера, "складні надзвукові явища" відбуваються щоразу, коли ми відкриваємо пляшку шампанського. Річ у тім, що пляшки для ігристого напою товщі та важчі за звичайні винні пляшки, а тому всередині них створюється величезний тиск.

Тиск усередині пляшки створюється бульбашками вуглекислого газу, що утворюються під час ферментації, саме тому корок шампанського доводиться буквально запечатувати дротяною кліткою, яка називається мюзле. Коли ми відкриваємо пляшку, корок вилітає назовні під дією стисненого газу в пляшці, що, як правило, супроводжується потужним сплеском. Однак фізика, що стоїть за цим процесом, досі залишалася неясною.

У новому дослідженні вчені використовували складне комп'ютерне моделювання та змогли розрахувати поведінку викинутого корка й потоку CO2, який супроводжує процес відкриття пляшки. Команда виявила, що корок вилітає з пляшки зі швидкістю близько 20 м/с, водночас потік газу виявився набагато швидшим — до 400 м/с. У результаті потік газу, який виривається з пляшки шампанського під час відкоркування, офіційно є надзвуковим, оскільки рухається швидше за швидкість звуку (343 м/с).

Автори дослідження також виявили, що в потоці газу є точка, де тиск різко змінюється, що також спостерігається в надзвукових літаках. За словами співавтора дослідження Стефана Брауна, подібні явища також спостерігаються на надзвукових літаках і ракетах, де вихлопний струмінь виходить із двигунів на високій швидкості.

Під час дослідження команда також вивчила й характерний для відкоркування пляшки звук хлопка — результати показують, що він є поєднанням двох різних ефектів. По-перше, корок різко розширюється, щойно залишає шийку пляшки, створюючи хвилю тиску. По-друге, ударна хвиля створюється надзвуковим струменем газу. Зазначимо, що цей ефект схожий на відомий феномен звукового удару, який учені намагаються усунути, щоб зробити літаки тихішими.

Автори дослідження зазначають, що отримані ними результати можуть бути важливими для інших механізмів, пов'язаних із потоками газу, наприклад, розроблення балістичних ракет і снарядів.

Раніше Фокус писав про те, що вчені розповіли, чому бульбашки в шампанському летять по прямій, а в пиві — ні.