Фізики розібралися, як саме виходить характерний звук при відкритті пляшки пива з пробкою бугеля, який слідує відразу за бавовною. З'ясувалося, що основним джерелом став газовий стовп, що коливається, у пляшковому шийці. Таких висновків дійшли вчені, коли проаналізували високошвидкісні відео та аудіозаписи, отримані при відкорковуванні пляшки. Автори роботи також порівняли результати дослідів із чисельними розрахунками та моделлю резонатора Гельмгольця, отримавши практично повний збіг з експериментом. Дослідження опубліковано в Physics of Fluids.
На сьогоднішній день фізики вивчили пиво з різних і несподіваних сторін: порахували кількість бульбашок у посудині, розібралися зі стабільністю піни при розливі «знизу-вгору» і навіть досліджували арахіс, що танцював у келиху. Вся справа в тому, що з точки зору гідродинаміки це дуже цікава рідина: вона знаходиться в пляшці або банку під тиском і до того ж містить розчинений вуглекислий газ.
Наприклад, вже відомо, як спливає газ при відкритті пляшки: коли тиск у посудині перевищує тиск навколишнього середовища в 1,83 рази, потік газу, що виходить, досягає швидкості звуку, стаючи недорозширеним струменевим потоком. Хоча фізики вже змоделювали відкорковування шампанського і навіть побачили алмази Маха під час своїх експериментів, ніхто не вивчав звук, що видається пляшкою пива з бугельною пробкою (іноді її називають відкидною). При цьому йдеться не про саму бавовну, а про те, що слідує за ним — характерний тон частотою близько сотень герц.
Група фізиків з Австрії та Німеччини під керівництвом Макса Коха (Max Koch) з Геттінгенського університету з'ясувала, що при відкритті пляшки пива з відкидною пробкою в шийці судини виникає стояча хвиля, що реверберує протягом 70 мілісекунд і надає звуку характерної тональності. Для цього вчені використовували зварене в домашніх умовах імбирне пиво, камеру з частотою запису від 8 до 16,8 тисяч кадрів на секунду, а також звукозаписне обладнання, яке дозволило отримати спектри з роздільною здатністю 25 герц після перетворення Фур'є.
Фізики проаналізували отримані дані і розділили відкриття пляшки на чотири стадії: перша - вихід газу з ударною хвилею, переображення цієї хвилі та конденсація водяної пари; друга - утворення резонуючого газо-конденсатного стовпа в шийці пляшки; третя - виділення з рідини розчиненого вуглекислого газу; четверта — розбризкування рідини через те, що межа газу та рідини піднімається.
Під час другої стадії стовп газу пляшковому шийці коливався вгору-вниз з великою амплітудою протягом 70-100 мілісекунд - це стало джерелом основного акустичного сигналу. Спектр самого звуку мав один сильний пік на частоті між 640 і 870 герц (залежно від наповненості пляшки: від найменшого об'єму рідини в посудині до найбільшого), що вказало на синусоїдальну форму сигналу, що надійшов мікрофон. При цьому надзвукова швидкість процесу залишилася під питанням, оскільки швидкість, з якої вийшов фронт конденсату, становила 50-150 метрів за секунду. Це менше, ніж швидкість звуку в повітрі (близько 330 метрів за секунду за нормальних умов), проте автори дослідження зазначили, що локально потоки все-таки могли перевищити надзвукову межу.
Вчені чисельно змоделювали процес відкорковування пляшки, представивши газ, що виходить, як адіабатичний, нев'язкий і невагомий. Фізики вважали процес адіабатичним через його короткочасність, а також не врахували вплив гравітації, оскільки число Фруда в експерименті склало приблизно 635 одиниць (відповідно, гравітаційний член в рівнянні Навье - Стокса виявився зневажливо малий). У результаті моделювання дуже точно збіглося з експериментальними даними. Крім цього, автори статті розглянули модель резонатора Гельмгольца, яка також добре описала резонанс, що спостерігається, з теоретичної точки зору.
Вчені підкреслили, що їх дослідження стало першим, яке спростувало поширену думку про природу звуку шампанського або пива, що відкривається, але разом з тим у роботі залишилося ще кілька невирішених питань. Наприклад, про те, що відбувається в перші мілісекунди відкриття судини, які не вдалося зафіксувати з достатньою роздільною здатністю ні камерою, ні мікрофоном.
Фізики люблять не тільки пиво та шампанське, а й інші газовані напої: про те, як вчені поклали відповідальність за ланцюжки бульбашок на поверхнево-активні речовини, ми писали раніше.