あなたはあなたの目を撃つでしょう：爆発的なシャンパンコルクは超音速でCO2を放出します

シャンパンコルクが飛び出す音はロケットランチャーと共通点があることが分かった。 最近の論文 流体物理学ジャーナルに掲載されました。 フランスとインドの科学者たちは、コンピュータシミュレーションを使用してシャンパンのボトルのコルク栓を完全に緩め、マイクロ秒で何が起こるかを見つけました。 彼らは、コルクが爆発した後の最初のミリ秒の間に放出されたガスが、泡が沈んで飲む準備が整う前に様々な種類の衝撃波（さらには超音速まで到達する）を形成することを発見しました。

「私たちの論文は、泡立っている瓶のコルクを開けるたびに鼻のすぐ下に隠されている予期せぬ美しい流れパターンを解いています。」 共著者のGérard Liger-Belairは言いました。 ランスシャンパンアルデン大学の。 「私たちの中で誰かが経験するそのような共通の状況の背後に隠された複雑で美学的な現象を誰が想像できましたか？」

Liger-Belairはそれを想像することができました。 彼は勉強した シャンパンの物理学 の著者です。 Uncorked: シャンパンの科学。 彼はシャンパンにレーザー断層撮影、赤外線イメージング、高速ビデオイメージング、数学的モデリングなどを適用することで、基本物理学に関する多数の洞察を得ました。

Liger-Belairによると、シャンパンの泡はガラス壁の気泡の核生成によって引き起こされます。 核生成部位から分離すると、泡が液体表面に上昇するにつれて成長し、表面から破裂し、崩壊する。 この反応は通常数ミリ秒以内に発生し、気泡が破裂すると独特の硬い音がします。 シャンパンの泡が吹き飛ばされると、風味をさらに向上させる方向性化合物を放出する水滴が生成される。

また、泡の大きさは本当に良いシャンパンを作るのに重要な役割を果たします。 より大きな気泡は、ガラス上の空気中のエアロゾルの放出を改善する。 気泡は表面を横切って約１．７ｍｍである。 そしてシャンパンの泡 特定の共振周波数で「リング」、サイズによって異なります。 したがって、シャンパングラスから泡が表面に上がるときに泡のサイズ分布を「聞く」ことが可能である。

私たちは 以前に報告された、シャンパンは通常果物の糖度が少なく、酸性の高いシーズンの初めに収穫されたブドウになります。 他のワインと同様に、ブドウを絞り、容器に密封して発酵させます。 CO₂ 発酵過程で生成されるが、この段階で望むのはベースワインであるため、逃避が許容される。 その後、今回は二次発酵を行い、 共同₂ 閉じ込められている ボトルからワインに溶けます。

適切なバランスを取ることが重要です。 約6気圧の圧力と18gの砂糖と0.3gの酵母が必要です。 そうしないと、生成されたシャンパンが平坦すぎるか、圧力が多すぎるとボトルが爆発する可能性があります。 さらに、ボトル内の圧力に影響を与える適切な温度が必要です。 その高圧CO₂ コルクが破裂すると、ついに放出され、ボトルネックから周囲の空気に膨張する水蒸気と混合されたガス柱を放出します。

Liger-Belairと彼の同僚の以前の実験は、高速イメージングを使用してシャンパンコルクが飛び出したときに衝撃波が形成されたことを示しました。 本研究では、「シャンパンボトルの蓋を開けている間に発生する予期しない超音速流の現象をよりよく特徴付けたかった」。 共著者のロバートジョージは言った 「私たちのシミュレーションが研究者に興味深い手がかりを提供できることを願っています。そして彼らは典型的なシャンパンボトルをコンパクトな実験室と見なすことができます。」

これらのシミュレーションに基づいて、チームは3つのステップを識別しました。 最初は、ボトルのコルクが解放されたときにガス混合物がコルクによって部分的に遮断され、噴出物が音速に到達することができません。 コルクが解放されると、ガスは放射状に出て超音速速度に達し、圧力のバランスを維持する衝撃波の連続を形成する。

その後、これらの衝撃波を組み合わせて、ロケット排気柱で一般的に観察される衝撃ダイヤモンドと呼ばれる明確なリングパターンを形成します。 最後に、圧力が低すぎてボトルネックポイントとコルクエッジとの間に必要なノズル圧力比を維持できない場合、排出物は再び亜音速で遅くなる。

この研究は、弾道ミサイル、風力タービン、水中車両、ロケットランチャーなど、超音速の流れに関連する広範なアプリケーションに関連しています。 著者らは「発射機が空中に浮かぶと離れる地面は噴出したガスが衝撃を受けるシャンパンコルクの役割をする」と説明した。 「同様に、銃身から噴出された燃焼ガスは超音速で弾丸に投げられます。問題は同じ物理現象に直面し、同じアプローチを使用して処理できます。」

DOI：流体物理学、2022年。 10.1063/5.0089774 （DOI情報）。