Отваряне на шампанско: Каква е физиката зад експлозивния процес?

О творихте бутилка-две шампанско в чест на Новата година, но вероятно изобщо не сте си и помислили, че имате работа със свръхзвуков механизъм, подобен на мощен реактивен самолет, съобщава Мейл онлайн.

Това твърдят австрийски учени, разкрили завладяващата физика, която стои зад отварянето на шампанското.

Те установяват, че свръхзвукова ударна вълна изтласква газ през бутилката със скорост до 400 метра в секунда при температура от минус 130 градуса по Целзий - много по-ниска дори от тази на Северния полюс. В същото време корковата тапа се изхвърля с много по-ниска скорост, но все пак достатъчно бързо, за да причини сериозни наранявания, ако е насочена в грешна посока, предупреждават учените. 

Новото изследване е ръководено от Лукас Вагнер, докторант в Института по механика на флуидите към Виенския технологичен университет. Той и колегите му смятат, че „сложни свръхзвукови явления възникват“ всеки път, когато отваряте бутилка шампанско.  

Тя е по-дебела и по-тежка от обикновените бутилки за вино, за да задържи голямото налягане. То се генерира от мехурчетата въглероден диоксид, които се образуват по време на ферментацията, и е причина корковата тапа да бъде буквално запечатана с телената мрежичка. 

Когато най-накрая се отвори, тапата се изтласква навън от сгъстения газ в бутилката и отлита с мощен гръм - но физиката зад това доскоро бе неясна, поясняват от изследователския екип.

The science behind the champagne pop: Study reveals how a supersonic shock wave blasts gas through the bottle at up to 400 metres per second - at temperatures colder than the North Pole!
via https://t.co/mzARDwXXmP https://t.co/ARHCXJpGLI

— Sergey Minaev (@sminaev2015) January 1, 2024

С помощта на сложни компютърни симулации австрийските учени успяват да изчислят поведението на изхвърлената тапа и на потока от въглероден диоксид, който я съпровожда. 

Докато корковата тапа се изхвърля със скорост около 20 метра в секунда, то потокът от газ е много по-бърз - до 400 метра в секунда, установява екипът. Следователно газът официално е свръхзвуков, което означава, че се движи по-бързо от скоростта на звука (343 метра в секунда). 

В газовия поток има точка, в която налягането рязко се променя, като тя се наблюдава и при свръхзвуковите самолети. 

„Много подобни явления са известни и от свръхзвуковите самолети или ракети, при които отработената струя излиза от двигателите с висока скорост“, казва съавторът в изследването Щефан Браун, също от Виенския технологичен университет. 

Що се отнася до звуковия гръм при отваряне на бутилка, който често предвещава началото на празненствата, той се дължи на комбинация от два различни ефекта.

Корковата тапа се разширява рязко веднага, след като изскочи от бутилката, създавайки вълна на налягане. Ударната вълна пък се генерира от свръхзвуковата струя газ в шишето. 

Освен за по-доброто разбиране на процесите при отваряне на щампанско, изследването може да бъде важно и за други области, включващи газови потоци, като балистични ракети, снаряди или самолети. 

Друг екип от изследователи разкри по-рано тази година защо мехурчетата в шампанското се движат нагоре идеално праволинейно, докато тези в бирата не го правят. 

Установено е, че по-големите мехурчета и добавянето на специални протеини в пенливото вино стабилизират веригите на мехурчетата, което им позволява да се издигат по права линия. 

Други изследвания показват, че в шампанското има повече мехурчета, отколкото в бирата, когато се сравнява един и същ обем от двете напитки. Това е така, защото шампанското и другите пенливи вина съдържат около два пъти повече разтворен въглероден диоксид от допълнителната захар.