Otwieranie butelki szampana ma więcej wspólnego z nauką o rakietach, niż ci się wydaje

Prawdopodobnie nie myślisz o ślubie lub urodzinach w kategoriach „miejsca, w których można przeprowadzić eksperymenty fizyczne”.

Butelka szampana

Okazuje się jednak, że przyjęcia z butelką szampana mają znacznie więcej wspólnego z nauką o rakietach, niż można przypuszczać. Tak przynajmniej wynika z publikacji w czasopiśmie Physics of Fluids Amerykańskiego Instytutu Fizyki.

Korzystając z symulacji obliczeniowej dynamiki płynów (CFD), naukowcy odkryli fascynującą sekwencję fal uderzeniowych tworzących się, ewoluujących i rozpraszających z prędkością naddźwiękową, a wszystko to w ciągu pierwszej milisekundy po otwarciu butelki szampana.

Za kultowym „pop!” towarzyszącym odkorkowaniu butelki szampana kryje się strumień gazu o zaskakującej złożoności. Jego modelowanie jest delikatne ze względu na naddźwiękowy charakter, interakcję z zatyczką, wyjątkowo niestabilny charakter przepływu oraz ciągłą zmianę geometrii z powodu przemieszczenia korka. – wyjaśniają autorzy

Mini-laboratorium

Naukowcy mogą uznać typową butelkę szampana za mini-laboratorium. Więc co dokładnie się dzieje, kiedy otwieramy butelkę szampana? Z naszym zaskakująco niskim FPS, jest to prosty proces wyciągania korka i celowania bąbelków z dala od ludzkich twarzy.

Jednak przy superszybkim obrazowaniu zaczynamy dostrzegać znacznie bardziej wybuchowe szczegóły. Na początku mieszanina gazów wewnątrz butli nie może się wydostać, ale wyciągnięcie korka powoduje wystrzelenie gazowej fali uderzeniowej.

Korona gazów ma prędkość prawie 1500 kilometrów na godzinę, to znacznie więcej, niż prędkość dźwięku. Fale łączą się, tworząc zjawisko typowe dla pióropuszy wydechowych wystrzeliwanych rakiet.

Realne zastosowania

Około dwie trzecie milisekundy po odkorkowaniu butelki powstaje zupełnie inny rodzaj fali uderzeniowej. Kiedy korek jest wystarczająco wysunięty, aby umożliwić cylindryczny, a nie promieniowy przepływ gazu, pojawia się oderwana fala uderzeniowa.

Ten rodzaj częściej kojarzy się z pociskami i zjawiskami kosmicznymi niż z napojami. Te badania mają bardzo realne zastosowania w dziedzinach tak różnorodnych, jak balistyka, produkcja elektroniki, turbiny wiatrowe, a nawet eksploracja oceanów.

Chcieliśmy lepiej scharakteryzować nieoczekiwane zjawisko przepływu naddźwiękowego, które ma miejsce podczas odkorkowania butelki szampana. Mamy nadzieję, że nasze symulacje dostarczą badaczom interesujących wskazówek i mogą uznać typową butelkę szampana za mini-laboratorium. – podsumował współautor Robert Georges