Цвет «дымки» от шампанского объяснили криогенными процессами
В предыдущих исследованиях ученые выяснили, что при вскрытии бутылки шампанского газы, вырывающиеся наружу, движутся быстрее звука, создавая ударные волны, которые складываются друг с другом, образуя диски Маха. В новом исследовании австрийские ученые впервые смогли полностью описать этот процесс с помощью симуляции и компьютерного моделирования. Результаты работы помогут разобраться в ряде вопросов в ракетостроении и военном деле.
Шампанское — главный напиток Нового года. Когда откупоривают бутылку, сперва слышится характерный хлопок пробки, затем появляются фонтан пены (и хлопка, и пены, к слову, можно избежать, на это влияет способ открытия бутылки) и небольшое облачко «дыма», которое может быть различного цвета. Когда же шампанское наливают в фужеры, оно шипит, и в бокалах «играют» пузырьки.
За этими, на первый взгляд, простыми процессами кроется сложная физика, которая находится под пристальным вниманием ученых. Так, за образование углекислого газа в шампанском отвечает внутрибутылочное брожение, которое, в свою очередь, вызывают дрожжи и сахар. Что касается скорости вылета пробки, оказалось, она зависит от температуры бутылки.
В 2022 году группа физиков из Индии и Франции узнала, что газовая смесь, состоящая из углекислого газа и водяных паров и вырывающаяся из бутылки шампанского по мере выхода пробки, может распространяться со сверхзвуковой скоростью. Взаимодействие сверхзвуковых струй с окружающей атмосферой приводит к образованию сложноорганизованных ударных волн, которые комбинируются друг с другом и на короткое время образуют диски Маха — повторяющиеся волновые образования, знакомые многим по снимкам работающих реактивных двигателей.
Физики из Венского технического университета (Австрия) дополнили новыми данными исследования своих индийских и французских коллег. С помощью компьютерного моделирования и симуляций ученые с высокой точностью рассчитали поведение пробки бутылки шампанского и потока газа. Оказалось, при откупоривании бутылки скорость газового потока может значительно превышать скорость звука. Работа выложена на сайте электронного архива препринтов arXiv.
Бутылочная пробка летит со сравнительно небольшой скоростью — почти 20 метров в секунду. Однако газовая струя, вырывающаяся из бутылки, движется гораздо быстрее. Она обгоняет пробку, обтекает ее и достигает скорости до 400 метров в секунду, что больше, чем скорость звука в воздухе (335 метров в секунду при нормальных условиях). После того как бутылка шампанского откупорена, газовая струя преодолевает звуковой барьер, и в результате возникает ударная волна.
Ударная волна — это особый тип волны, в которой наблюдается изменение ряда физических параметров: давления, температуры, плотности теплового потока и скорости движения. В обычных волнах, например звуковых, эти величины меняются плавно. Но в ударных все иначе: изменения скачкообразные. Точку, в которой происходит такой скачок, называют диском Маха.
Австрийские физики узнали, что в шампанском диски Маха сперва образуются между бутылкой и пробкой, а после поднимаются вверх. Именно эти диски отвечают за хлопок, который возникает, когда открывают бутылку.
Если быть точным, хлопок — это комбинация двух эффектов. Он возникает, во-первых, из-за давления, которое создается расширением пробки, когда она покидает горлышко. Во-вторых, из-за ударной волны, ее порождает сверхзвуковая газовая струя. Авторы работы отметили, что эти эффекты очень напоминают звуковой удар — хлопок, возникающий при распространении в атмосфере ударных волн от тела, летящего со сверхзвуковой скоростью.
Также австрийские ученые объяснили, почему после откупоривания шампанского поднимающееся облачко дыма может быть разного цвета (от белого до синего). Дело в том, что цвет вызывает исходная температура шампанского.
Температура газа зависит от движения его молекул: чем ближе молекулы, тем сильнее нагревается газ, чем дальше, тем больше он охлаждается. В случае с шампанским охлаждение может быть настолько сильным, что в некоторых точках температура газовой смеси падает до минус 130 градусов Цельсия. При такой температуре углекислый газ переходит в твердое состояние и образовывает кристаллы сухого льда.
«Размер кристаллов зависит от конкретной температуры. Разные температуры приводят к образованию кристаллов сухого льда разных размеров, которые затем по-разному рассеивают свет. Чем меньше кристаллы, тем больше они рассеивают коротковолновый свет, то есть синий. В принципе, вы можете определить температуру шампанского, просто посмотрев на цвет дыма. Если шампанское было достаточно холодным, дымок будет белым, если же теплым, то синеватым», — пояснил Лукас Вагнер (Lukas Wagner), один из авторов исследования.
Авторы отметили, что разработанные ими методы для решения задач, связанных с физикой откупоривания шампанского, можно применять в самых разных областях, где используют потоки газов: от шипучих напитков до ракетостроения и военной промышленности. Австрийские физики надеются, что результаты их работы помогут развить новые технологии в области военной и космической индустрий.
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Физики экспериментально подтвердили эффективность ионно-плазменного метода удаления радиоактивных загрязнений с поверхностей металлоконструкций ядерных реакторов. Новая технология позволяет очищать внутриконтурное оборудование от отложений сложного химического состава без образования опасных жидких радиоактивных отходов. Благодаря этому она даст возможность повторно использовать реакторные сплавы и снизит затраты на их переработку.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии