Fizycy odkryli, w jaki sposób powstaje charakterystyczny dźwięk otwierania butelki piwa korkociągiem, który następuje bezpośrednio po trzasku. Okazało się, że głównym źródłem jest oscylująca kolumna gazu w szyjce butelki. Naukowcy doszli do tych wniosków, gdy przeanalizowali nagrania wideo i audio o dużej prędkości uzyskane podczas odkorkowywania butelki. Autorzy pracy porównali również wyniki eksperymentów z licznymi obliczeniami i modelem rezonatora Helmholtza i uzyskali niemal całkowitą zgodność z eksperymentem. Badania zostały opublikowane w Physics of Fluids.
Do tej pory fizycy badali piwo z najróżniejszych i najbardziej nieoczekiwanych punktów widzenia: liczyli liczbę bąbelków w naczyniu, ustalali stabilność piany przy nalewaniu „od dołu do góry”, a nawet badali tańczące w szklance orzeszki ziemne. Chodzi o to, że z punktu widzenia hydrodynamiki jest to bardzo interesująca ciecz: znajduje się w butelce lub puszce pod ciśnieniem i zawiera również rozpuszczony dwutlenek węgla.
Na przykład wiadomo już, jak gaz wypływa, gdy otwiera się butelkę: gdy ciśnienie w naczyniu przekroczy ciśnienie otoczenia o 1,83 raza, wychodzący strumień gazu osiąga prędkość dźwięku, stając się niedorozprężonym strumieniem strumieniowym. Chociaż fizycy już modelowali odkorkowanie szampana, a nawet widzieli diamenty Macha podczas swoich eksperymentów, nikt nie badał dźwięku wytwarzanego przez otwieranie butelki piwa za pomocą korkociągu (czasami nazywanego korkociągiem). Nie mówimy przy tym o samym klaśnięciu, ale o tym, co po nim następuje - charakterystycznym tonie 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 typu flip-top, w szyjce naczynia pojawia się fala stojąca, która rozbrzmiewa przez 70 milisekund i nadaje dźwiękowi charakterystyczną tonalność. W tym celu naukowcy wykorzystali domowe piwo imbirowe, kamerę o częstotliwości nagrywania od 8 do 16,8 tysięcy klatek na sekundę, a także sprzęt do nagrywania dźwięku, który umożliwiał uzyskanie widm o rozdzielczości 25 herców po transformacji Fouriera.
Fizycy przeanalizowali uzyskane dane i podzielili otwieranie butelki na cztery etapy: pierwszy to uwolnienie gazu za pomocą fali uderzeniowej, odbicie tej fali i skroplenie pary wodnej; drugi to powstanie rezonującej kolumny gazowo-skroplinowej w szyjce butelki; trzeci — uwolnienie rozpuszczonego dwutlenku węgla z cieczy; czwarty — rozpryskiwanie się cieczy z powodu podnoszenia się granicy między gazem i cieczą.
W drugim etapie kolumna gazu przy szyjce butelki oscylowała w górę i w dół z dużą amplitudą przez 70-100 milisekund - stało się to źródłem głównego sygnału akustycznego. Widmo samego dźwięku miało jeden silny szczyt o częstotliwości od 640 do 870 herców (w zależności od wypełnienia butelki: od najmniejszej objętości cieczy w naczyniu do największej), co wskazywało na sinusoidalny kształt sygnału, który wchodził do mikrofonu. Jednocześnie naddźwiękowa prędkość procesu pozostawała kwestią sporną, ponieważ prędkość, z jaką kondensat przedostał się na lewo, wynosiła 50-150 metrów na sekundę. Jest to mniej niż prędkość dźwięku w powietrzu (około 330 metrów na sekundę w normalnych warunkach), jednak autorzy badania zauważyli, że lokalnie przepływy mogły nadal przekraczać granicę naddźwiękową.
Naukowcy wielokrotnie modelowali proces odkorkowywania butelki, przedstawiając wychodzący gaz jako adiabatyczny, nielepki i nieważki. Fizycy uznali proces za adiabatyczny ze względu na jego krótki czas trwania, a także nie uwzględnili wpływu grawitacji, ponieważ 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 rozważyli model rezonatora Helmholtza, który również dobrze opisywał obserwowany rezonans z teoretycznego punktu widzenia.
Naukowcy podkreślili, że ich badanie było pierwszym, które obaliło powszechną opinię na temat natury dźwięku otwierania szampana lub piwa, ale jednocześnie w pracy wciąż pozostaje kilka nierozwiązanych pytań. Na przykład o to, co dzieje się w pierwszych milisekundach otwierania naczynia, czego nie udało się zarejestrować z wystarczającą rozdzielczością ani za pomocą kamery, ani za pomocą 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.
