Почему вылетает пробка из шампанского?

Почему при открывании шампанского из бутылки вылетает пробка? На первый взгляд, причина этого хлопка проста: в бутылке создается высокое давление. Сжатый газ выталкивает пробку наружу. Давление сбрасывается с мощным хлопком, и пробка вылетает.

Но как именно происходит этот хлопок? Лукас Вагнер из Венского технологического университета и его коллеги смоделировали при этом поведение пробки и углекислого газа. Особое внимание они уделили тому, что происходит в горлышке и непосредственно над бутылкой.

Результаты показали, что при откручивании пробки шампанского сжатый газ, находящийся между пробкой и поверхностью шампанского, начинает расширяться и выходить за пределы пробки. Однако трение пробки о горлышко бутылки замедляет этот процесс. Как только пробка отрывается, пробка резко расширяется, создавая волну давления, и вылетает со скоростью 20 м/с.

Сжатый газ в горлышке бутылки расширяется почти взрывообразно. В результате струя газа вырывается из бутылки, обгоняет и обтекает пробку, достигая скорости до 400 м/с, что превышает скорость звука, и преодолевает звуковой барьер. Создаваемая газовой струей ударная волна вызывает громкий хлопающий звук.

Интересно, что в горлышке бутылки в точке струи газа, где давление резко меняется, образуется диск Маха благодаря стоячим волнам, которые формируются при взаимодействии ударной волны с окружающим воздухом. Очень похожие явления происходят со сверхзвуковыми самолетами или ракетами. Однако диск Маха бутылки шампанского гораздо меньше и едва заметен.

Но когда давление сжатого газа при откупоривании игристого вина сбрасывается, он расширяется и охлаждается: в определенных точках - даже до -130 °C. В экстремальных случаях такое шоковое замораживание газа даже приводит к образованию крохотных кристаллов сухого льда.

Этот эффект зависит от начальной температуры игристого вина. При разных температурах создаются кристаллы сухого льда различных размеров, которые по-разному рассеивают свет. Поэтому и дым получается разного цвета, по которому можно определить температуру игристого вина.

Источник: scinexx.de