Физики зафиксировали и количественно измерили звук шипения шампанского.

    0
    34


    Физика, лежащая в основе игристых изысков шампанского, на удивление сложна, включая источник характерного потрескивающего звука.
    Увеличить / Физика, лежащая в основе игристых изысков шампанского, на удивление сложна, включая источник характерного потрескивающего звука.

    Джон Баклель / EMPICS / PA / Getty Images

    Редко бывает время написать о каждой крутой научной истории, которая встречается на нашем пути. Итак, в этом году мы снова запускаем специальную серию публикаций «Двенадцать дней Рождества», освещая одну научную историю, которая провалилась в 2020 году, каждый день с 25 декабря по 5 января. Сегодня: исследователи раскрыли конкретный физический механизм. который связывает характерный треск шампанского с лопанием его крошечных пузырьков.

    Нет ничего лучше характерного потрескивания и шипения бокала свежеприготовленного шампанского. Хорошо известно, что лопнувшие пузыри производят этот звук, но конкретный физический механизм не совсем ясен. Поэтому физики из Университета Сорбонны в Париже, Франция, решили исследовать связь между динамикой жидкости лопающихся пузырей и трескучими шипящими звуками. Они описали свою работу в статье, опубликованной еще в январе в журнале Physical Review Fluids.

    Как мы уже сообщали ранее, первое упоминание об игристом вине относится к 1535 году в регионе Лангедок во Франции. Классический бренд Dom Perignon получил свое название от 17-го номера.thмонах века, который должен был избавляться от пузырей, которые образовывались в бутылках вина его аббатства, чтобы давление не увеличилось настолько, что они взорвались. Легенда гласит, что, потягивая такое игристое вино, монах понял, что пузыри – это не такая уж и плохая вещь, сказав: «Идите скорее, братья, я пью звезды!»

    В 18 веке британский химик Джозеф Пристли изобрел процесс искусственной карбонизации, живя рядом с пивоварней в Лидсе. Когда-либо ученый, он начал экспериментировать с CO.2 использованный пивоварней, и обнаружил, что чаша с водой, помещенная над бродильным раствором, стала на вкус слегка кислой, как природная минеральная вода. Он включил свои простые инструкции по искусственной карбонизации в трактат 1772 года, Пропитка воды фиксированным воздухом.

    Жерар Лигер-Белэр изучает науку о шампанском в своей лаборатории в Реймском университете.
    Увеличить / Жерар Лигер-Белэр изучает науку о шампанском в своей лаборатории в Реймском университете.

    Франсуа Насимбен / AFPI / Getty Images

    Карбонизация – особенно интересная тема в области гидродинамики. Например, в статье в Physics Today за 2018 год сообщается, что карбонизация запускает те же болевые рецепторы в наших глубоких мозгах, которые активируются, когда мы едим острую пищу. Другие забавные факты, почерпнутые из науки о шампанском на протяжении многих лет: когда пузырьки в шампанском лопаются, они производят капли, которые выделяют ароматические соединения, которые, как считается, еще больше усиливают вкус.

    Кроме того, размер пузырьков играет решающую роль в действительно хорошем бокале шампанского. Более крупные пузырьки усиливают выброс аэрозолей в воздух над стеклом – пузырьки размером порядка 1,7 мм на поверхности. А пузырьки в шампанском «звенят» на определенных резонансных частотах, в зависимости от их размера. Таким образом, можно «услышать» распределение пузырьков по размерам, когда они поднимаются на поверхность в бокале шампанского.

    Последнее на сегодняшний день единственное исследование, в котором конкретно изучается акустическая эмиссия (треск и шипение) шампанского, по словам авторов этой последней статьи. Но в 1992 и 2013 годах было проведено два предыдущих исследования, в которых основное внимание уделялось акустической эмиссии пузырьков, схлопывающихся на поверхности воды в более общем плане, и было обнаружено, что самые маленькие пузырьки излучают больше чириканья.

    Шипучесть шампанского возникает из-за образования пузырьков на стенках бокала. Как только они отрываются от мест зарождения, пузырьки начинают расти, поднимаясь к поверхности жидкости, лопаясь и схлопываясь на поверхности. Обычно это происходит в течение нескольких миллисекунд, и при разрыве пузырьков издается характерный треск.

    Характерный шипящий треск шампанского - это результат схлопывания пузырьков на поверхности жидкости.
    Увеличить / Характерный шипящий треск шампанского – это результат схлопывания пузырьков на поверхности жидкости.

    Жерар Лигер-Белэр

    Французские физики использовали для своих экспериментов стеклянный резервуар с водопроводной водой и резервуар с раствором вода / ПАВ, поскольку шампанское также содержит небольшой объем молекул ПАВ. Они вводили пузырьки воздуха в резервуары с помощью погружных игл, подключенных к шприцевому насосу, наполненному воздухом. Пузырьки поднимутся на поверхность и ненадолго всплывут, прежде чем лопнуть. Все это было снято на видео двумя цифровыми высокоскоростными камерами, а акустическая эмиссия (звуки) записывалась микрофоном, расположенным прямо над поверхностью жидкости. Наконец, они отфильтровали акустические данные, чтобы удалить любой посторонний шум.

    Как написала Кэтрин Райт в APS Physics:

    Анализируя данные, Пьер и его коллеги, как и ожидалось, обнаруживают, что производство звука совпадает с разрывом пузыря. По мере приближения пузыря к поверхности давление газа внутри него увеличивается. Это давление резко сбрасывается, когда пузырек лопается.

    Однако пузырь исчезает не сразу. Часть пузыря, которая все еще находится в погруженном состоянии, генерирует акустические колебания на границе раздела жидкость-газ. Частота этой вибрации зависит от объема газа, содержащегося в пузырьке, и от диаметра отверстия в пузырьке. В результате частота изменяется по мере роста разрыва и сжатия пузыря, шаг увеличивающийся до тех пор, пока пузырек не умирает. Для маленьких пузырьков шампанского микрометрового размера людям слышно только начало разрыва, тогда как для пузырьков большего размера миллиметрового размера можно услышать весь взрыв.

    Этот процесс заметно отличается от того, как пузыри под поверхностью излучают звук, и команда считает, что поиск акустических сигнатур может пролить свет на другие гидродинамические явления, которые ускользают от традиционных методов визуализации. “Мы верим что [our] «Количественное описание может быть использовано для синтеза искусственных акустических сигналов цифровых анимационных фильмов», – пишут авторы. «В целом, эта работа является шагом в понимании акустической сигнатуры сильных гидродинамических явлений, которая дополняет предыдущие исследования извержений вулканов … разбиваются волны и лопаются мыльные пузыри “.

    DOI: Physical Review Fluids, 2021. 10.1103 / PhysRevFluids.6.013604 (О DOI).

    Предыдущая статьяРазрушайтесь, выживайте и терраформируйте инопланетный мир в The Planet Crafter’s
    Следующая статья5 инновационных функций карты GTA San Andreas, в которых хорошо использован сеттинг
    Петр Григорин
    Интересуется софтом, разработкой и использование новых приложений, технология искусственного интеллекта. Этот писатель - человек с техническими знаниями, который увлечен разработкой программного обеспечения и использованием новых приложений. Его особенно интересуют технологии искусственного интеллекта и то, как они могут быть использованы для улучшения различных отраслей промышленности и повседневной жизни. Обладая прочной основой в области информатики и острым взглядом на инновации, этот писатель обязательно привнесет ценные идеи и соображения в любую дискуссию на эти темы. Пишет ли он о последних открытиях в области ИИ или исследует потенциал новых программных инструментов, его работа обязательно будет увлекательной и заставляющей задуматься.