Plyn vytékající z láhve šampaňského nakrátko prolomí zvukovou bariéru: odborníci zkoumali charakteristické praskání korku na Silvestra. Zajímavou informaci obsahuje i barva páry.
Prolomit zvukovou bariéru u vás doma je neuvěřitelně snadné: vše, co potřebujete, je láhev šampaňského. Každý, kdo udeří zátku, uvede do pohybu komplikovaný fyzikální proces a generuje nadzvukovou rychlost po dobu několika set milisekund. Tři vědci z Technické univerzity ve Vídni zkoumali odvíčkování podrobněji v počítačové simulaci – s ohromujícími výsledky.
V lahvích sektu nebo šampaňského je pod tlakem směs oxidu uhličitého a vodní páry. Pokud korek povolíte, plyn ho vytlačí z láhve. Samotný korek dosahuje rychlosti kolem 20 metrů za sekundu (72 kilometrů za hodinu). To znamená, že může být nebezpečný jako projektil, pokud náhodou namíříte láhev na osobu. Tato rychlost však nestačí k vytvoření charakteristického popu z korku šampaňského.
Plyn v láhvi je primárně zodpovědný za hlasitý hluk. Počítačové simulace ukazují, jak se roztahuje krátce po otevření láhve. „Předbíhá korek, protéká kolem něj a dosahuje rychlosti až 400 metrů za sekundu,“ vysvětluje Lukas Wagner, jeden z inženýrů zapojených do studie, v prohlášení z Vídeňské technické univerzity.
Jako tryskové letadlo
400 metrů za vteřinu odpovídá těžko představitelným 1 440 kilometrům za hodinu, což znamená, že proud plynu na krátkou dobu dosáhne nadzvukové rychlosti. Přitom generuje rázové vlny zvané Machovy disky. Takové kotouče se tvoří i na tryskách nebo raketách. Fyzicky vzato, tlak vzduchu na Machově disku přeskakuje. Prudká změna tlaku se pak šíří ve vlnách v prostoru. Když k nám dorazí, slyšíme to jako ránu.
Již dávno je známo, že plyn vytéká z lahve šampaňského nadzvukovou rychlostí. V roce 2019 jiná výzkumná skupina použila vysokorychlostní kamery k prokázání existence Machových disků po odvíčkování lahví šampaňského. Na základě svých výpočtů dokázali vídeňští badatelé rázovou vlnu přesněji charakterizovat: zhruba po půl vteřině změní směr a posouvá se zpět k úzkému hrdlu.
Jakkoli se fenomén šampaňského korku zdá běžným jevem, tento proces je v detailech složitý. Aby to vědci simulovali, postavili na počítači zjednodušený model. Například předpokládáte, že v láhvi je místo směsi pouze jeden plyn. Nicméně píší, že tato zjednodušení pravděpodobně nezmění hlavní výsledky jejich studie.
Proč se láhev chladí na mínus 130 stupňů
Vědci doufají, že jejich výpočty pomohou lépe prozkoumat podobné procesy: Při výstřelu kulky z pistole nebo odpálení rakety se také vytvoří rychlý proud plynu. Studie byla zatím publikována pouze v předběžné verzi, tedy jako tzv. preprint, ale práce již byla recenzována nezávislými odborníky a byla přijata k publikaci v odborném časopise.
Kromě nadzvukové rychlosti se při simulaci lahve šampaňského projeví ještě jeden fyzikální efekt: Protože směs plynů při výstupu náhle expanduje, zároveň se ochlazuje. Krátkodobě se v blízkosti hrdla láhve mohou vyskytnout teploty až minus 130 stupňů Celsia. To je dost chladné na to, aby CO₂ vytvořil krystaly suchého ledu.
V závislosti na teplotě se tyto krystaly liší velikostí a charakteristickým způsobem rozptylují světlo, takže kouř z láhve může nabývat různých barev. ,,V zásadě můžete z této barvy vyčíst teplotu šumivého vína,“ říká Wagner.
Zdroj: spiegel, Vapol
