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 Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
Десятого мая 1940 года вермахт пришел в движение. Через 42 суток англо-французские армии были разгромлены, а Франция капитулировала. Как это произошло, ведь союзники имели больше солдат, танков и пушек, чем немцы? В СССР причиной посчитали нежелание французов воевать, немцы же, говорили советские военные, не внесли в стратегию ничего нового. Реальность была строго обратной: разгром Франции был новым словом в войне, и такой же сценарий Гитлер применил против СССР через год. Что именно произошло и отчего советское руководство не смогло осознать случившееся?
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
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