Согласно результатам моделирования, газы, выделяющиеся при открытии бутылки шампанского, распространяются со скоростью, превышающей скорость звука. Это приводит к формированию ударных волн, которые взаимодействуют между собой и создают диски Маха.
Формирование пузырьков, или нуклеация, является первым этапом игры шампанского — это образование их на поверхности стекла. Отделившись от стенки, пузырьки поднимаются вверх и лопаются, выпуская газ и создавая характерный звук. Открытие бутылки происходит стремительно, за доли секунды, насыщая воздух углекислым газом и ароматическими веществами. Физики провели детальное моделирование этого процесса, установив, что оно сопровождается кратковременным возникновением ударных волн и дисков Маха. Исследование готовится к публикации в журнале Physics of Fluids, но уже доступно онлайн.
Когда давление внутри достигает предела, потоки вырываются из горлышка со скоростью, превышающей скорость звука, формируя ударные волны. Этот процесс был смоделирован группой физиков из Франции и Индии под руководством Жерара Лиже-Белера (Gerard Liger-Belair) из Реймского университета Шампань — Арденны. «Мы надеемся, что это предоставит полезную информацию для дальнейших исследований, — говорит ученый. — Обычную бутылку шампанского можно рассматривать как мини-лабораторию».
Компьютерное моделирование показало, что процесс проходит через три стадии. На начальном этапе наблюдается отсутствие изменений: плотно закрытая пробка удерживает высокое давление, препятствуя высвобождению газов из жидкости. Затем пробка удаляется, и пузырьки быстро поднимаются к поверхности.
В зазоре между пробкой и горлышком возникают потоки газов, вырывающиеся со скоростью, превышающей скорость звука, и порождающие серию ударных волн. Эти ударные волны затем объединяются, кратковременно формируя диски Маха — повторяющиеся структуры, знакомые многим по снимкам работающих реактивных двигателей. Наконец, скорость движения газов падает ниже звуковой, а давление внутри бутылки выравнивается с атмосферным.