Что происходит, когда вылетает пробка шампанского? Ученые впервые смогли это объяснить
![](https://naukatv.ru/upload/resize/bestfit/260/146/84/84247188ed1c66fb33a494b9e9e84d75d431e4ba.jpg)
Ученые из Венского технического университета (Австрия) первыми подробно изучили процессы, которые происходят, когда пробка вылетает из бутылки шампанского. Составленная ими модель нужна для решения сложных инженерных задач. Результаты исследования опубликованы в журнале Flow, посвященном механике жидкости.
«Выскакивание пробки, закрывающей бутылку шампанского, предлагает для изучения удивительно богатое разнообразие физических явлений. Они сопровождают внезапное открытие сосуда, частично заполненного жидкостью под давлением и растворенным газом — в основном, углекислым», — пишут авторы.
Они отмечают, что в момент выталкивания из бутылки на пробку воздействует большое число факторов. А значит, задачей ученых было разработать математическую модель, учитывающую только первостепенные.
В итоге в расчеты были включены эффекты газовой динамики, взаимодействие жидкости и выталкиваемого тела, а также трение тела о горлышко. Кроме того, подробно рассматривалась струя газа, который и образует сложную ударную структуру, выталкивающую пробку.
Со скоростью звука
Сам процесс открывания бутылки, как показало исследование, состоит из шести стадий. Большую его часть мы не видим — глаз просто не может это уловить.
Началом считается момент, когда пробка, сжатая горлышком бутылки в цилиндр, начинает движение. Давление внутри бутылки выталкивает ее, а трение о горлышко мешает движению. Если давление оказывается сильнее, то пробка вылетает. Она принимает изначальную конусообразную форму через 40 миллисекунд после того, как вылетает из бутылки.
Из зазора, появляющегося между пробкой и бутылкой, начинает просачиваться газ — его скорость больше скорости звука. Из-за этого возникает волна давления, расширяющаяся в направлении струи газа.
Ударная волна возникает на краю струи и движется внутрь. И в конечном итоге образует диск Маха — такая структура внутри сверхзвуковой струи газа возникает, например, при работе реактивного двигателя. Струя газа, перемещающаяся в том же направлении, что и пробка, отталкивает ее все дальше от отверстия — именно этот момент она может «вылететь», например, в люстру.
Удаляясь от бутылки, диск Маха постепенно перестает действовать, а струя газа обгоняет пробку. На последней стадии волновые процессы могут достичь жидкости в бутылке, отразиться от нее и образовать ударную волну.
При этом, отмечают ученые, давление внутри бутылки, температура содержимого и взаимодействие пробки с жидкостью влияют на параметры диска Маха. Но возможно и обратное: по положению диска Маха теоретически можно определить, какие в бутылке давление и температура.
Модель, составленная на примере бутылки с игристым вином, в будущем должна быть расширена на самые разные ситуации, которые инженерам приходится решать при разработке новых устройств.