Fizycy odkryli, w jaki sposób powstaje charakterystyczny dźwięk otwierania butelki piwa korkociągiem, następujący bezpośrednio po trzasku. Okazało się, że głównym źródłem była oscylująca kolumna gazu w szyjce butelki. Naukowcy doszli do tych wniosków, gdy przeanalizowali nagrania wideo i audio zarejestrowane w dużej rozdzielczości podczas odkorkowywania butelki. Autorzy pracy porównali również wyniki eksperymentów z licznymi obliczeniami i modelem rezonatora Helmholtza, uzyskując niemal całkowitą zgodność z eksperymentem. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Physics of Fluids.
Do tej pory fizycy badali piwo z najróżniejszych i najbardziej nieoczekiwanych perspektyw: liczyli liczbę bąbelków w naczyniu, badali stabilność piany przy nalewaniu „od dołu do góry”, a nawet badali taniec orzeszków ziemnych w szklance. Chodzi o to, że z punktu widzenia hydrodynamiki jest to bardzo ciekawa ciecz: znajduje się w butelce lub puszce pod ciśnieniem i również zawiera rozpuszczony dwutlenek węgla.
Wiadomo na przykład, jak wypływa gaz po otwarciu butelki: gdy ciśnienie w naczyniu przekroczy ciśnienie otoczenia 1,83 razy, wypływający strumień gazu osiągnie prędkość dźwięku, stając się niedorozprężonym strumieniem strumieniowym. Chociaż fizycy stworzyli już model odkorkowywania szampana i zaobserwowali nawet diamenty Macha podczas swoich eksperymentów, nikt nie badał dźwięku wydawanego przez otwieranie butelki piwa za pomocą korkociągu (czasami nazywanego korkiem z klapką). Nie chodzi tu jednak o samego chłopca, ale o to, co za nim podąża - o charakterystyczny ton o częstotliwości około setek herców.
Grupa fizyków z Austrii i Niemiec pod przewodnictwem Maxa Kocha (Max Koch) z Uniwersytetu w Getyndze odkryła, że gdy otwiera się butelkę piwa z korkiem zamykanym na zatrzask, w szyjce naczynia pojawia się fala stojąca, która trwa 70 milisekund i nadaje dźwiękowi charakterystyczną tonalność. W tym celu naukowcy wykorzystali domowe piwo imbirowe, kamerę o częstotliwości zapisu od 8 do 16,8 tysięcy klatek na sekundę, a także sprzęt do rejestracji dźwięku, który po transformacji Fouriera pozwolił na uzyskanie widm o rozdzielczości 25 herców.
Fizycy przeanalizowali uzyskane dane i podzielili otwieranie butelki na cztery etapy: pierwszy to uwolnienie gazu za pomocą fali uderzeniowej, odbicie tej fali i kondensacja pary wodnej; drugim jest utworzenie w szyjce butelki rezonansowej kolumny gazu-kondensatu; trzeci — uwolnienie rozpuszczonego dwutlenku węgla z cieczy; czwarty — rozpryskiwanie się cieczy, spowodowane podnoszeniem się granicy między gazem i cieczą.
W drugim etapie słup gazu w szyjce butelki oscylował w górę i w dół z dużą amplitudą przez okres 70-100 milisekund - stało się to źródłem głównego sygnału akustycznego. Widmo samego dźwięku miało jeden wyraźny pik o częstotliwości od 640 do 870 herców (w zależności od stopnia napełnienia butelki: od najmniejszej objętości cieczy w naczyniu do największej), co wskazywało na sinusoidalny kształt sygnału odbieranego przez mikrofon. Jednocześnie naddźwiękowa prędkość tego procesu pozostawała kwestią otwartą, gdyż prędkość, z jaką czoło kondensatu odpływało, wynosiła 50-150 metrów na sekundę. Jest to wartość mniejsza od prędkości dźwięku w powietrzu (około 330 metrów na sekundę w normalnych warunkach), jednak autorzy badania zauważyli, że lokalnie przepływy mogą nadal przekraczać granicę prędkości naddźwiękowej.
Naukowcy wielokrotnie modelowali proces odkorkowywania butelki, przedstawiając wydostający się gaz jako gaz adiabatyczny, nielepki i nieważki. Fizycy uznali ten proces za adiabatyczny ze względu na jego krótki czas trwania, nie uwzględnili też wpływu grawitacji, gdyż liczba Froude'a w eksperymencie wynosiła około 635 jednostek (odpowiednio człon grawitacyjny w równaniu Naviera-Stokesa okazał się pomijalnie mały). W rezultacie modelowanie bardzo dokładnie pokrywało się z danymi eksperymentalnymi. Ponadto autorzy artykułu wzięli pod uwagę model rezonatora Helmholtza, który również dobrze opisywał obserwowany rezonans z teoretycznego punktu widzenia.
Naukowcy podkreślili, że ich badanie jest pierwszym, które obala powszechną opinię na temat natury dźwięku otwieranego szampana czy piwa, ale jednocześnie w pracy pojawia się jeszcze kilka nierozwiązanych pytań. Na przykład o tym, co dzieje się w pierwszych milisekundach otwarcia naczynia, czego nie udało się zarejestrować z wystarczającą rozdzielczością ani za pomocą kamery, ani przy pomocy mikrofonu.
Fizycy kochają nie tylko piwo i szampana, ale również inne napoje gazowane: wcześniej pisaliśmy o tym, jak naukowcy przypisali odpowiedzialność za powstawanie łańcuchów pęcherzyków substancjom powierzchniowo czynnym.