Физики объяснили необычный звук открывающейся бутылки пива с бугельной пробкой

Физики выяснили, как именно возникает тот характерный звук при открытии бутылки пива с бугельной пробкой, который следует сразу после громкого хлопка. Ученые пришли к выводу, что основной источник звука — колебания газового столба в горлышке бутылки. Открытие стало возможным благодаря анализу высокоскоростных видеозаписей и аудиофайлов, полученных в ходе экспериментов с откупориванием бутылок. Результаты проверили с помощью численных расчетов и модели резонатора Гельмгольца.



На сегодняшний день физики уже исследовали пиво с различных и неожиданных точек зрения. Например, они подсчитали количество пузырьков в напитке, изучили поведение пены при розливе и даже анализировали танцующий арахис в бокале. Все эти исследования связаны с тем, что пиво, как и другие напитки, представляет собой уникальную жидкость: оно находится под давлением и содержит растворенный углекислый газ.

Кроме того, ученые уже разобрались в том, как газ выходит при открытии бутылки. Когда давление в сосуде в 1,83 раза превышает внешнее давление, поток газа выходит на скорости, близкой к скорости звука, превращаясь в недорасширенную струю. Однако никто не исследовал звук, издаваемый открывающейся бутылкой пива с бугельной пробкой — именно этот момент и привлек внимание ученых. Речь идет не о самом хлопке, а о характерном звуке с частотой около сотни герц, который появляется сразу после него.

Команда исследователей из Австрии и Германии под руководством Макса Коха из Гёттингенского университета выявила, что при открытии бутылки пива в горлышке возникает стоячая волна газа, которая реверберирует в течение 70 миллисекунд, придавая звуку его специфическую тональность. Для своих экспериментов ученые использовали имбирное пиво и специальное оборудование, которое позволило зафиксировать звук с разрешением 25 герц после преобразования Фурье.

В ходе исследования ученые разделили процесс открытия бутылки на несколько этапов: на первом — газ выходит с ударной волной и конденсирует водяной пар, на втором — образуется газо-конденсатный столб, который начинает резонировать, на третьем — растворенный углекислый газ выходит из жидкости, и на последнем — жидкость распыляется, когда граница газа и жидкости поднимается. Самое значительное акустическое воздействие исходило от колебаний газового столба, происходивших в течение 70-100 миллисекунд, что и стало источником основного звукового сигнала.

Частотный спектр звука показал один сильный пик между 640 и 870 герц, в зависимости от объема жидкости в бутылке, что подтвердило синусоидальную форму сигнала. Несмотря на это, вопрос о сверхзвуковой скорости выхода газа остался открытым, так как скорости потока конденсата варьировались от 50 до 150 метров в секунду, что ниже скорости звука в воздухе. Тем не менее, ученые отметили, что в локальных потоках могли быть сверхзвуковые значения.

Для более точного анализа был смоделирован процесс откупоривания бутылки с использованием адиабатического поведения газа. Это моделирование, как и модель резонатора Гельмгольца, позволило точнее понять, как работает система, и подтвердило теоретическую корректность наблюдаемых явлений.

Читайте также: