Группа физиков из Австрии и Германии во главе с Максом Кохом из Гёттингенского университета выяснила, откуда берётся характерный тонкий звук при открытии бутылки пива с бугельной (откидной) пробкой. Исследование опубликовано в журнале Physics of Fluids.
Учёные провели серию экспериментов с использованием сваренного в домашних условиях имбирного пива. Для фиксации процесса использовалась высокоскоростная камера (от 8 до 16,8 тыс. кадров в секунду) и аудиоаппаратура, позволившая получить спектры сигнала с разрешением 25 герц после преобразования Фурье. Основное внимание они уделили не хлопку пробки, а следующему за ним звуку — тональному и продолжительному.
Исследователи пришли к выводу, что этот звук возникает из-за стоячей волны, формирующейся в горлышке бутылки сразу после открытия. Газовый столб колеблется вверх-вниз с амплитудой, создавая акустический сигнал в течение 70–100 миллисекунд. Частота звука колебалась от 640 до 870 герц в зависимости от объема жидкости в бутылке. При этом синусоидальная форма волны подтвердилась записями микрофона.
В процессе открытия физики выделили четыре стадии. Сначала происходит резкий выход газа с ударной волной и конденсацией пара. Затем формируется резонирующий столб в горлышке. На третьем этапе происходит высвобождение растворённого углекислого газа, а на четвёртом — разбрызгивание жидкости из-за смещения границы между газом и жидкостью.
Хотя скорость выхода фронта конденсата составляла от 50 до 150 м/с, что ниже скорости звука в воздухе, исследователи отметили, что в отдельных участках потоки могли достигать сверхзвуковых значений. При этом моделирование, проведённое в рамках эксперимента, дало результат, совпадающий с практическими наблюдениями. В модели использовались упрощённые физические параметры: выходящий газ считался адиабатическим, невязким и невесомым, влияние гравитации не учитывалось — при числе Фруда порядка 635 оно стало несущественным.
Работа оказалась первой, в которой был детально объяснён именно характерный тон при открытии бутылки с бугельной пробкой. Ранее в фокусе исследований находились процессы выхода газа, моделирование струй и даже визуализация ударных волн при открытии шампанского. Тем не менее, авторам ещё предстоит разобраться, что происходит в первые миллисекунды — современные камеры и микрофоны пока не позволяют зафиксировать эти моменты с нужным разрешением.
