Ochii tăi se vor zvâcni: un dop de șampanie care explodează varsă dioxid de carbon la viteze supersonice

Se pare că ruperea unui dop de șampanie are ceva în comun cu un lansator de rachete, potrivit a ultima lucrare Publicat în Journal of Fluid Physics. Oamenii de știință din Franța și India au folosit simulări pe computer pentru a dezvălui în detaliu ce se întâmplă în milisecunde după ce o sticlă de șampanie este dezlegată. Ei au descoperit că în prima milisecundă după ce pluta explodează, gazul ejectat formează diferite tipuri de unde de șoc – atingând chiar și viteze supersonice – înainte ca bula să se așeze și să fie gata să fie absorbită.

„Hârtia noastră dezvăluie modele de curgere neașteptate și frumoase ascunse chiar sub nasul nostru de fiecare dată când se deschide o sticlă de șampanie.” Coautorul, Gerard Leger-Bellier, a spus: de la Universitatea din Reims-Champaign-Ardennes. „Cine și-ar fi putut imagina fenomenele complexe și estetice ascunse în spatele unei situații atât de comune prin care trece oricare dintre noi?”

Liger-Belair și-ar putea imagina, de exemplu. El studia fizica șampaniei De ani de zile este autor Destupată: steag de șampanie. El a obținut multe perspective asupra fizicii fundamentale prin expunerea șampaniei la tomografie cu laser, imagini în infraroșu, imagini video de mare viteză și modelare matematică, printre alte metode.

Potrivit lui Liger-Belair, efervescul de șampanie apare din nuclearea bulelor pe pereții de sticlă. Odată separate de locurile de nucleare, bulele cresc pe măsură ce se ridică la suprafața lichidului, izbucnind și prăbușindu-se la suprafață. Această reacție are loc de obicei în câteva milisecunde și se emite un trosnet caracteristic când bulele se sparg. Când bulele din șampanie izbucnesc, ele produc picături care eliberează compuși aromatici despre care se crede că îmbunătățesc și mai mult aroma.

De asemenea, dimensiunea bulelor joacă un rol important într-un pahar de șampanie cu adevărat bun. Bulele mai mari sporesc eliberarea de aerosoli în aer deasupra sticlei – bule de aproximativ 1,7 mm pe suprafață. Și bule în șampanie „Rezonanță” la frecvențe de rezonanță specificedupa marimea sa. Așadar, este posibil să „auzi” distribuția de volum a bulelor pe măsură ce acestea se ridică la suprafață într-un pahar de șampanie.

așa cum suntem am mentionat mai devremeȘampania este de obicei făcută din struguri recoltați la începutul sezonului, când fructele au mai puțin zahăr și niveluri mai mari de aciditate. Strugurii sunt storsi si sigilati in recipiente pentru fermentare, la fel ca orice alt vin. ko₂ Este produs în timpul fermentației, dar este lăsat să scape pentru că ceea ce doriți în acest moment este un vin de bază. Apoi are loc o a doua fermentație, cu excepția de această dată, CO₂ și prins în capcană În sticlă, se dizolvă în vin.

Găsirea echilibrului corect este crucială. Ai nevoie de aproximativ șase atmosfere de presiune și 18 grame de zahăr, cu doar 0,3 grame de drojdie. În caz contrar, șampania rezultată fie va fi prea plată, fie presiunea excesivă va face ca sticla să explodeze. De asemenea, aveți nevoie de temperatura potrivită, care afectează presiunea din interiorul sticlei. Acel dioxid de carbon de înaltă presiune₂ În cele din urmă, este eliberat atunci când dopul este crăpat, eliberând o coloană de gaz amestecat cu vapori de apă care se extinde de la gâtul sticlei în aerul din jur.

Lucrările experimentale anterioare ale lui Liger-Belair și colegii au folosit imagini de mare viteză pentru a demonstra că undele de șoc s-au format atunci când un dop de șampanie a fost spart. În acest studiu, „am dorit să descriem mai bine fenomenul neașteptat al fluxului supersonic care are loc în timpul deschiderii unei sticle de șampanie”. Coautorul Robert George a spus: de la Universitatea din Rennes 1. „Sperăm că simulările noastre vor oferi cercetătorilor niște indicii interesante și ar putea considera o sticlă tipică de șampanie ca un mic laborator”.

Pe baza acestor simulări, echipa a identificat trei etape distincte. Inițial, deoarece sticla nu este înfundată, amestecul de gaz este parțial blocat de plută, astfel încât extrudarea nu poate atinge viteza sunetului. Atunci când dopul este ejectat, gazul poate scăpa radial și poate lovi la viteze supersonice, creând o succesiune de unde de șoc care echilibrează presiunea.

Aceste unde de șoc se combină apoi pentru a forma modele de inele semnalizatoare cunoscute sub numele de diamant de șoc (cunoscut și ca diamant de impuls sau Mach Mach după Ernst Mach, care l-a descris pentru prima dată), și sunt de obicei observate în penele de evacuare a rachetelor. În cele din urmă, ejectorul încetinește din nou la viteze subsonice când presiunea scade prea scăzută pentru a menține raportul dorit de presiune a duzei între gâtul sticlei și marginea plută.

Cercetarea este relevantă pentru o gamă largă de aplicații care implică flux supersonic, inclusiv rachete balistice, turbine eoliene, vehicule subacvatice – și, desigur, lansator de rachete. „Pământul care se îndepărtează de rampa de lansare pe măsură ce se ridică în aer joacă rolul unui sigiliu de șampanie împotriva căruia gazele reziduale se ciocnesc”, au explicat autorii. „În mod similar, gazele de ardere emise de țeava unei arme sunt aruncate cu viteze supersonice către glonț. Problemele întâmpină aceleași fenomene fizice și pot fi abordate în același mod”.

DOI: Fizica fluidelor, 2022. 10.1063/ 5.0089774 (Despre DOI).