На сверхзвуковой скорости и при низких температурах: разгадана физика открытия бутылки шампанского

Вероятно, вчера вы встречали Новый год с бокалом шампанского не подозревая, что открытие бутылки этого игристого напитка может быть весьма опасным предприятием. В новом исследовании австрийские ученые пришли к выводу, что мы имеем дело со сверхзвуковым механизмом, похожим на мощный самолет, пишет Daily Mail.

По словам команды из Института механики жидкости Венского технологического университета, им наконец-то удалось раскрыть удивительную физику, лежащую в основе пенного шампанского. Исследователи обнаружили, что сверхзвуковая ударная волна выбрасывает газ через бутылку со скоростью до 400 метров в секунду при невероятной температуре -130°C. Для сравнения, это намного ниже, чем на Северном полюсе.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

При этом пробка вылетает из бутылки игристого напитка с гораздо меньшей скоростью, но все же достаточно быстро, чтобы травмировать человека, если во время открытия бутылка будет направлена в неправильном направлении.

По словам руководителя исследования, аспиранта Лукаса Вагнера, "сложные сверхзвуковые явления" происходят всякий раз, когда мы открываем бутылку шампанского. Дело в том, что бутылки для игристого напитка толще и тяжелее обычных винных бутылок, а потому внутри них создается огромное давление.

Давление внутри бутылки создается пузырьками углекислого газа, образующимися во время ферментации, именно поэтому пробку шампанского приходится буквально запечатывать проволочной клеткой, называемой мюзле. Когда мы открываем бутылку, пробка вылетает наружу под действием сжатого газа в бутылке, что, как правило, сопровождается мощным хлопком. Однако физика, стоящая за этим процессом, до сих пор оставалась неясной.

В новом исследовании ученые использовали сложное компьютерное моделирование и смогли рассчитать поведение выброшенной пробки и потока CO2, который сопровождает процесс открытия бутылки. Команда обнаружила, что пробка вылетает из бутылки со скоростью около 20 м/с, при этом поток газа оказался намного быстрее — до 400 м/с. В результате поток газа, который вырывается из бутылки шампанского во время открытия, официально является сверхзвуковым, так как движется быстрее скорость звука (343 м/с).

Авторы исследования также обнаружили, что в потоке газа есть точка, где давление резко меняется, что также наблюдается в сверхзвуковых самолетах. По словам соавтора исследования Стефана Брауна, подобные явления также наблюдаются у сверхзвуковых самолетов и ракетах, где выхлопная струя выходит из двигателей на высокой скорости.

В ходе исследования команда также изучила и характерный при открытии бутылки звук хлопка — результаты показывают, то он является сочетанием двух разных эффектов. Во-первых, пробка резко расширяется, как только покидает горлышко бутылки, создавая волну давления. Во-вторых, ударная волна создается сверхзвуковой струей газа. Отметим, что этот эффект похож на известный феномен звукового удара, который ученые пытаются устранить, чтобы сделать самолеты более тихими.

Авторы исследования отмечают, что полученные ими результаты могут быть важными для других механизмов, связанных с потоками газа, например, разработки баллистических ракет и снарядов.