Физики виртуально откупорили бутылку шампанского

Ученые из Франции и Индии с помощью компьютерного моделирования воссоздали процессы, которые происходят в бутылке игристого вина при удалении пробки. Исследование позволит лучше понять, что происходит при выстреле из огнестрельного оружия или при взлете ракеты, так как там задействованы схожие физические механизмы, сообщает Physics of Fluids.

Эксперимент показал, что при открывании бутылки газовые струи временно разгоняются до сверхзвуковой скорости. Так, физики смоделировали два раздельных пространства. Одно имитировало комнатные условия, второе – заполненное углекислым газом пространство внутри бутылки между пробкой и вином. Объем пространства определили в 35 кубических сантиметров.

Температура и давление углекислого газа составили 20 градусов Цельсия и 7,5 бар – максимально близко к реальным условиям. Пробка двигалась с постоянной скоростью 18,6 метров в секунду (этот показатель установили в ходе предыдущих опытов).

Симуляция показала, что процесс удаления пробки можно разделить на три этапа. Первый длится 600 микросекунд. В это время пробка еще не успевает отодвинуться на достаточное расстояние. Она мешает газовой струе разогнаться, и та просачивается сбоку в виде короноподобной струи.

Второй этап занимает около 400 микросекунд. Пробка удаляется и позволяет струе набрать сверхзвуковую скорость, но затем создает в ней отделившийся от потока скачок уплотнения. По прошествии миллисекунды давление в бутылке и, соответственно, скорость струи падают.

Эксперимент показал, что в газовой струе из бутылки игристого не возникают диски Маха – волновые образования, связанные с повторяющимся сжатием и расширением и наблюдаемые, например, у сопла ракетного двигателя.

Ученые отметили, что их исследование касается не только шампанского. Сопротивление пробки струе напоминает взаимодействие ракетной струи и поверхности земли при взлете или пороховых газов и пули. Поэтому созданная ими компьютерная модель позволит более глубоко изучить эти процессы.

Ранее физики объяснили появление пленки на остывшем чае. Исследование показало, что она образуется вне зависимости от качества напитка.