Що насправді створює звук при відкритті пляшки пива: пояснення фізиків

Звук при від­крит­ті пля­шки пива — зна­йо­мий кожно­му. Але чи зами­слю­ва­ли­ся ви коли-небудь, що саме його викли­кає? Це не про­сто вихід газу або тиск — насправ­ді за цим про­стим на вигляд яви­щем сто­їть ціла низка скла­дних фізи­чних про­це­сів. Команда вче­них з Німеччини про­ве­ла ретель­не дослі­дже­н­ня, щоб розі­бра­ти­ся у при­ро­ді цього звуку.

Вибух у мініатюрі: що відбувається всередині пляшки

Група дослі­дни­ків під керів­ни­цтвом Макса Коха з Геттінгенського уні­вер­си­те­ту (Німеччина) вико­ри­ста­ла висо­ко­швид­кі­сні каме­ри, щоб зафі­ксу­ва­ти момент від­кри­т­тя пля­шки пива з від­ки­дною кри­шкою. Звуки, що вини­ка­ли при цьому, нага­ду­ва­ли хло­пок, але, як з’ясувалося, не були зви­чай­ною удар­ною хвилею.

Цей звук є над­зви­чай­но швид­ким аку­сти­чним сигна­лом, схо­жим на коро­тке «ах». Причина — мит­тє­ве роз­ши­ре­н­ня сумі­ші вугле­ки­сло­го газу та пові­тря, яка пере­бу­ває під тиском у гор­ле­чку пля­шки. Коли кри­шка злі­тає, тиск мит­тє­во зни­жу­є­ться, і газ різко роз­ши­рю­є­ться. Саме це поро­джує той хара­ктер­ний звук, який ми зви­кли чути.

Температурний шок і звукові хвилі

Ще одні­єю ціка­вою зна­хід­кою стало те, що роз­ши­ре­н­ня газу супро­во­джу­є­ться швид­ким охо­ло­дже­н­ням. Температура все­ре­ди­ні пля­шки може зни­жу­ва­ти­ся до ‑50°C. Це різке охо­ло­дже­н­ня впли­ває на швид­кість поши­ре­н­ня звуку, що робить його ще специфічнішим.

Неймовірно, але коро­тко­ча­сно звук, який утво­рю­є­ться при від­крит­ті пля­шки, може пере­ви­щу­ва­ти за гучні­стю звук тур­бі­ни реактив­но­го літа­ка на від­ста­ні одно­го метра. Проте три­ває він лише кіль­ка мілісекунд.

Конденсація та стоячі хвилі

У про­це­сі екс­пе­ри­мен­ту вчені також вияви­ли явище кон­ден­са­ції, яке від­бу­ва­є­ться одра­зу після від­кри­т­тя. Утворюється туман, який вібрує у вигля­ді сто­я­чих зву­ко­вих хвиль. Це ще один фактор, що впли­ває на скла­дність звуку.

Ці хвилі, як з’ясували фізи­ки, утво­рю­ють своє­рі­дний міні-резо­нанс у гор­ле­чку пля­шки, що під­си­лює звук і надає йому спе­ци­фі­чно­го тем­бру. Тобто це не про­сто «вихід газу», а цілий сим­фо­ні­чний вибух фізи­чних явищ.

Рух і «фонтан» піни

Ще один ціка­вий ефект, який дослі­ди­ли вчені, пов’я­за­ний із рухом самої пля­шки. Якщо перед від­кри­т­тям її стру­си­ти або різко пере­мі­сти­ти, то в ріди­ні вини­ка­ють хвилі. Це викли­кає актив­ні­ше утво­ре­н­ня буль­ба­шок вугле­ки­сло­го газу, які можуть спри­чи­ни­ти «фон­тан» — зна­йо­ме всім пінне виверження.

Таким чином, зви­чай­не від­кри­т­тя пля­шки пива пере­тво­рю­є­ться на цілий фізи­чний спе­ктакль, який вклю­чає гідро­ди­на­мі­ку, тер­мо­ди­на­мі­ку, аку­сти­ку та навіть опти­ку (через утво­ре­н­ня туману).

Чому це дослідження важливе

Окрім нау­ко­вої ціка­во­сті, такі дослі­дже­н­ня дозво­ля­ють краще зро­зу­мі­ти пове­дін­ку газів, поши­ре­н­ня звуку в скла­дних сере­до­ви­щах і тер­мо­ди­на­мі­чні про­це­си. Ці зна­н­ня мають пра­кти­чне засто­су­ва­н­ня в інже­не­рії, хар­чо­вій про­ми­сло­во­сті, а також у ство­рен­ні більш доско­на­лих паку­валь­них матеріалів.

Фізика — це не лише про фор­му­ли та рів­ня­н­ня, а й про те, як ми щодня вза­є­мо­ді­є­мо з нав­ко­ли­шнім сві­том. Навіть такий зви­чний звук, як від­кри­т­тя пля­шки пива, — це поле для нау­ко­во­го дослідження.

Звук при від­крит­ті пив­ної пля­шки — це не про­сто сигнал поча­тку від­по­чин­ку, а справ­жній вибух фізи­чних явищ. Газ, тиск, тем­пе­ра­ту­ра, хвилі, кон­ден­са­ція — усе це вза­є­мо­діє за ліче­ні мілі­се­кун­ди, ство­рю­ю­чи коро­ткий, але гучний аку­сти­чний ефект. Завдяки суча­сним техно­ло­гі­ям ми може­мо краще зро­зу­мі­ти, як пра­цює наш світ.

Наступного разу, від­кри­ва­ю­чи пля­шку, зга­дай­те, що в цей момент ви ста­є­те части­ною міні­а­тюр­но­го фізи­чно­го експерименту.