Физики изучили ударные волны при открытии шампанского

Игра шампанского начинается с «зарождения» — нуклеации — пузырьков на стеклянной стенке. Отрываясь от этой опоры, они поднимаются к поверхности и лопаются, высвобождая заключенный внутри газ и создавая звук. При открытии бутылки все происходит резко, за считаные миллисекунды, наполняя воздух углекислым газом и примесями, создающими узнаваемый аромат. Физики смоделировали этот процесс в деталях, обнаружив, что он сопровождается кратковременным появлением ударных волн и дисков Маха. Исследование готовится к публикации в журнале Physics of Fluids, но уже доступно онлайн.

Как только пробка перестает сдерживать внутреннее давление, потоки начинают вырываться из горлышка на сверхзвуковой скорости, создавая ударные волны. Этот процесс смоделировала команда французских и индийских физиков во главе с Жераром Лиже-Белером (Gerard Liger-Belair) из Реймского университета Шампань — Арденны. «Надеемся, это даст некоторые интересные зацепки для других исследователей, — говорит ученый. — Обычную бутылку шампанского можно рассматривать как мини-лабораторию».

Открытие шампанского: кадры, записанные высокоскоростной видеокамерой / ©Gerard Liger-Belair

Компьютерная симуляция продемонстрировала, что все развивается в три этапа. На первом ничего не происходит: пока пробка прочно сидит в горлышке, она удерживает высокое давление, которое не позволяет газам высвобождаться из жидкости. На втором пробка удаляется, и пузырьки стремительно поднимаются к поверхности.

В щели между пробкой и горлышком возникают потоки газов, которые вырываются на скоростях, превышающих скорость звука, и создают серию ударных волн. Далее эти ударные волны комбинируются друг с другом, на короткое время образуя диски Маха — повторяющиеся структуры, знакомые многим по снимкам работающих реактивных двигателей. Наконец, скорость движения газов падает ниже звуковой, а давление внутри бутылки выравнивается с атмосферным.