Французы. Шампанское. Сверхзвук. Кто бы мог подумать...
Когда шампанское становится сверхзвуковым...
Исследователи из Университета Реймса Шампань-Арденны обнаружили сходство между откупориванием шампанского и двигателями реактивных, боевых самолетов.
Когда вы сжимаете воздух велосипедным насосом, вы могли заметить, что насос иногда начинает нагреваться. Это вполне нормально: при повышении давления повышается температура. И наоборот, газ, который «разжимается», охлаждается. По такому очень простому принципу работают холодильники! Электричество используется для сжатия газа до его сжижения (что создает тепло, которое можно почувствовать в задней части холодильника), прежде чем «расслабить» его в цепи, расположенной на внутренней стороне устройства, которая охлаждает его изнутри.
Но есть по крайней мере еще один случай в повседневной жизни, в котором этот эффект декомпрессии особенно заметен: при открытии бутылки шампанского. Небольшой белый дымок, выходящий из бутылки в этот момент, довольно просто связан с образованием микроскопических частиц замороженной воды, поскольку падение давления является достаточно резким.
Ученые из Университета Реймса Шампань-Арденны, очевидно, во главе с Жераром Лигером-Белэром, изучили это явление со всех сторон. В 2017 году они уже заметили, что при открытии бутылки при комнатной температуре (20°C) спусковой механизм был еще более сильным, вплоть до образования небольшого синего дыма на несколько миллисекунд. Фактически, когда температура повышается, давление внутри бутылки повышается. А поскольку внешнее давление не меняется, эффект релаксации при открытии бутылки - сильнее. Температура локально падает настолько низко, что в воздухе замораживается углекислый газ, в результате чего образуется мимолетное голубоватое облачко.
С тех пор исследователи немного продвинулись в своих исследованиях, результаты которых они опубликовали в в журнале Science Advances. На этот раз около пятидесяти бутылок, нагретых до 30°C, откупорили под глазом сверхбыстрой камеры (12 000 кадров в секунду, или в 500 раз больше, чем может различить человеческий глаз). Затем они обнаружили, что давление теперь настолько велико, что струи газа могут выходить из бутылки со сверхзвуковой скоростью. "Они, струи газа, могут достигать скорости 2 Маха (вдвое больше скорости звука - около 700 м/с). Но, к счастью, это не относится к пробке", - предупреждает Жерар Лигер-Белэр. «Явление быстрое, но недостаточно мощное, чтобы разогнать пробку до скорости более 60-70 км/ч. Но и это, уже неплохо!"
Ударные волны, образующиеся вслед за боевым самолетом, представляют собой диски Маха. Старший летчик Мэтью Брух
Это формирует небольшую ударную волну, называемую диском Маха, прямо у основания пробки.
При особенно сильном выпуске газа образуется голубоватый дым. Команда Effervescence/CNRS/Реймсский университет
Это очень хорошо видно на снимках, сделанных командой.
«Это точно такое же явление, которое можно обнаружить в газах, выбрасываемых истребителем или двигателем ракеты», - подчеркивает исследователь. Вы, вероятно, больше не будете так смотреть на свою бутылку шампанского… «В принципе, должна образоваться последовательность ударных волн, как в воздухоплавании, но пробка действует как щит».
Вы скажете, зачем изучать именно шампанское? Потому что в нем вдвое больше углекислого газа, чем в газировке или пиве, поэтому давление внутри бутылки максимальное. Кроме того, следует сказать, что это исключительный продукт, питающий коллективное воображение. «Это фантастический случай из учебника», - подчеркивает Жерар Лигер-Белэр. «Кто бы мог подумать, что такой тривиальный сюжет, может содержать такую богатую и сложную физику».
Шампанское, использованное для этой работы, не попало в чрево исследователей. «Это неприятный напиток, когда он горячий», - вспоминает исследователь. Однако его не следует замораживать слишком сильно, иначе его ароматическое богатство не будет выражено должным образом, особенно если оно немного старое. Идеальная температура колеблется от 8 до 14°C. Но это, конечно, зависит и от индивидуального вкуса.
Источник:
https://advances.sciencemag.org/content/5/9/eaav5528
https://www.lefigaro.fr/sciences/quand-le-champagne-devient-supersonique-20190920