Špunt ze šampaňského funguje jako balistická střela. Je tlačen nadzvukovou rychlostí

Podle výzkumu, jehož výsledky publikoval odborný magazín Physics of Fluids, má uvolnění korkového špuntu ze šampaňského opravdu něco společného s raketometem. Vědci z Francie a Indie tak pomocí počítačových simulací do úplných detailů odhalili, co se v mikrosekundách po odšpuntování láhve šampaňského děje. Zjistili, že v první milisekundě po uvolnění korku vytváří vyvržený plyn různé typy rázových vln, jež dosahují nadzvukové rychlosti.

„Náš výzkum odhaluje nečekané a krásné vzory toku, které jsou skryté přímo pod naším nosem pokaždé, když je odzátkována láhev bublinek,“ řekl spoluautor studie Gérard Liger-Belair z University of Reims Champagne-Ardenne. Liger-Belair léta studuje „fyziku“ šampaňského a je autorem knihy Uncorked: The Science of Champagne. Získal četné poznatky o základní fyzice šampaňského tím, že ho mimo jiné podrobil laserové tomografii, infračervenému zobrazování, vysokorychlostnímu videu a matematickému modelování.

Trocha teorie nezabije

Šumivost šampaňského vzniká podle Liger-Belaira z nukleace bublin na skleněných stěnách lahve. Jakmile se bubliny oddělí od svých nukleačních míst, rostou, a když stoupají k povrchu kapaliny, praskají a srážejí se na povrchu. Tato reakce obvykle nastane během několika milisekund a při prasknutí bublin se ozve charakteristický praskavý zvuk. Prasknuté bubliny produkují kapičky, které uvolňují aromatické sloučeniny, o nichž se předpokládá, že dále zvýrazňují chuť.

Podobně jsou spaliny vystřikované z hlavně zbraně vrhány nadzvukovou rychlostí na kulku.

Rozhodující roli ve skutečně dobré sklence šampaňského hraje i velikost bublin. Větší bubliny zlepšují uvolňování aerosolů do vzduchu. A bublinky v šampaňském „zvoní“ na konkrétních rezonančních frekvencích v závislosti na jejich velikosti.

Šampaňské se obvykle vyrábí z hroznů sbíraných na začátku sezóny, kdy je v ovoci méně cukru a vyšší hladiny kyselin. Hrozny jsou lisovány a uzavřeny v nádobách, aby kvasily stejně jako každé jiné víno. Oxid uhličitý vzniká během fermentace, ale může unikat, protože to, co v této fázi vinaři chtějí, je základní víno. Poté následuje druhá fermentace, tentokrát se však oxid uhličitý zachytí v láhvi a rozpustí se ve víně.

Důležité je dosáhnout správné rovnováhy. Potřeba je asi šest atmosfér tlaku a 18 gramů cukru s pouhými 0,3 gramu kvasinek. Pokud se správné rovnováhy nedosáhne, bude výsledné šampaňské buď ploché, tedy bez bublin, nebo přílišný tlak způsobí výbuch láhve. Potřeba je také správná teplota, která ovlivňuje tlak uvnitř láhve. Vysokotlaký oxid uhličitý se nakonec uvolní, když korek vyletí, čímž se uvolní oblak plynu smíchaný s vodní párou, která expanduje z úzkého hrdla do okolního vzduchu.

Šampaňské ve službách vědy

Předchozí experimentální výzkum Liger-Belaira a jeho kolegů využíval vysokorychlostní zobrazování, aby se prokázalo, že rázové vlny vznikly při prasknutí korku šampaňského. „Touto studií jsme chtěli lépe charakterizovat neočekávaný jev nadzvukového proudění, ke kterému dochází během odvíčkování láhve šampaňského,“ uvedl spoluautor studie Robert Georges z University of Rennes 1. „Doufáme, že naše simulace nabídnou zajímavá vodítka výzkumníkům, pro které je typická láhev šampaňského minilaboratoří,“ dodal Georges.

Profesor Gérard Liger-Belair během výzkumu (zdroj: Université de Reims)

Na základě těchto simulací tým identifikoval tři odlišné fáze „výbuchu“. Zpočátku, když je láhev odzátkována, je směs plynu částečně zadržena korkem, takže ejekta, tedy částice vyvržené výbuchem, nemohou dosáhnout rychlosti zvuku. Jak se korek uvolňuje, plyn může unikat radiálně a dosahovat nadzvukových rychlostí, čímž vzniká sled rázových vln, které vyrovnávají jeho tlak.

Tyto rázové vlny se pak spojí a vytvoří výmluvné prstencové vzory známé jako rázové diamanty, typicky pozorované v oblacích výfuku raket. Nakonec se ejekta opět zpomalí na podzvukovou rychlost, když tlak klesne příliš nízko na to, aby byl zachován požadovaný poměr tlaku trysky mezi úzkým hrdlem a okrajem korku.

Výzkum je relevantní pro širokou škálu aplikací, jež zahrnují nadzvukové létání včetně balistických střel, větrných turbín, podvodních vozidel a samozřejmě raketometu. „Země, která se vzdaluje od odpáleného zařízení, jež stoupá vzduchem, pak hraje roli korku šampaňského, na který dopadají vyvržené plyny,“ vysvětlili autoři studie. „Podobně jsou spaliny vystřikované z hlavně zbraně vrhány nadzvukovou rychlostí na kulku. Jde o stejné fyzikální jevy a lze s nimi pracovat pomocí stejného přístupu.“