Khoa học đằng sau việc mở nắp sâm panh cũng tương tự như việc phóng một quả tên lửa

Theo một bài báo được xuất bản trên tạp chí Vật lý chất lỏng, tiếng nổ của nút chai sâm panh thực ra có điểm chung với một hệ thống phóng tên lửa.

Nhóm các nhà khoa học từ Pháp và Ấn Độ đã sử dụng hệ thống mô phỏng máy tính để phân tích những gì xảy ra trong vài micro giây đầu tiên sau khi mở nắp sâm panh. Họ đã khám phá ra rằng, trong khoảng vài phần ngàn giây đầu tiên sau khi nút chai bung ra, khí phát ra tạo ra các loại sóng xung kích khác nhau - thậm chí đạt được tốc độ siêu thanh - trước khi bọt giảm và hòa vào chất lỏng.

“Chúng tôi đã làm sáng tỏ các mô hình dòng chảy bất ngờ và tuyệt đẹp ẩn sâu dưới lớp bề mặt, mỗi khi một chai sâm panh bùng nổ', như Gérard Liger-Belair từ Đại học Reims Champagne-Ardenne - một trong những tác giả của báo cáo nói. 'Ai có thể tưởng tượng được những hiện tượng phức tạp và sự đẹp đẽ đằng sau một tình huống thông thường mà ai cũng đã trải qua?'

Liger-Belair đã nghiên cứu về các hiện tượng vật lý của rượu sâm banh trong nhiều năm và là tác giả của cuốn sách Uncorked: The Science of Champagne. Ông đã tích lũy kiến thức sâu sắc về vật lý cơ bản thông qua việc mở nắp sâm panh, sử dụng công nghệ chụp cắt lớp laser, chụp ảnh hồng ngoại, quay video với tốc độ cao và các mô hình toán học, cùng với các phương pháp khác.

Theo Liger-Belair, việc bong bóng trong sâm panh phát sinh từ việc tạo ra bong bóng trên thành thủy tinh của chai. Khi chúng rời khỏi vị trí khởi đầu, bong bóng sẽ phát triển khi nổi lên trên bề mặt chất lỏng, vỡ ra và tan vào chất lỏng. Phản ứng này thường diễn ra trong vài mili giây và tạo ra âm thanh sắc sảo đặc biệt khi bong bóng vỡ. Sau khi bong bóng trong sâm panh vỡ ra, chúng phát ra các giọt nhỏ mang theo các hợp chất thơm, được cho là làm tăng hương vị của rượu.

Ngoài ra, kích thước của bong bóng cũng đóng vai trò quan trọng trong một ly sâm panh. Bong bóng lớn hơn, có kích thước bề mặt xấp xỉ 1,7 mm, giúp tăng cường việc phát ra các giọt bắn vào không khí. Chúng cũng tạo ra âm thanh phản xạ ở các tần số cụ thể, phụ thuộc vào kích thước. Vì vậy, bạn có thể 'nghe thấy' phân phối kích thước của bong bóng khi chúng nổi lên trên bề mặt trong một ly sâm panh.

Quy trình làm rượu sâm panh thường bắt đầu với việc thu hoạch nho vào đầu mùa, khi chúng có ít đường và nồng độ axit cao. Sau khi nho được ép, chúng được đặt trong thùng chứa để lên men, tương tự như cách làm rượu vang. Quá trình này tạo ra CO2, nhưng khí này thường được thải ra, vì lúc đó mục tiêu chính là có một loại rượu sơ bản. Sau đó, có một giai đoạn lên men thứ hai, trong đó CO2 được giữ lại trong chai, hòa tan vào rượu.

Việc duy trì sự cân bằng thích hợp là yếu tố quan trọng. Áp suất khoảng 6 atm, 18 gram đường và chỉ 0,3 gram men cần thiết. Nếu lượng men ít hơn, rượu sẽ quá 'non', nhưng nếu nhiều hơn, áp suất sẽ làm nổ chai. Nhiệt độ cũng là yếu tố quan trọng, ảnh hưởng đến áp suất bên trong chai. Cuối cùng, khi nút chai được mở ra, khí CO2 áp suất cao sẽ được giải phóng, tạo ra một luồng khí cùng hơi nước, thoát ra ngoài chai và trôi vào không khí xung quanh.

Những nghiên cứu trước đó của Liger-Belair và đồng nghiệp đã sử dụng máy chụp hình tốc độ cao để chứng minh rằng có các sóng xung kích hình thành khi một nút chai rượu sâm banh bị mở ra. Trong nghiên cứu này, chúng tôi muốn tìm hiểu thêm về hiện tượng bất ngờ của dòng khí chạy với tốc độ siêu âm, xảy ra trong quá trình mở chai rượu sâm panh,' Robert Georges, tác giả chính của Đại học Rennes 1, giải thích. Các nhà nghiên cứu cho biết có thể coi chai rượu sâm panh như một phòng thí nghiệm thu nhỏ.

Dựa trên mô phỏng, nhóm nghiên cứu đã xác định ba giai đoạn riêng biệt. Ban đầu, khi nắp chai vừa được mở ra, một phần của hỗn hợp khí bị giữ lại bởi nút chai, làm cho quá trình phóng ra không thể đạt tốc độ âm thanh. Khi nút chai mở ra, khí có thể thoát ra, tạo ra luồng khí tâm và đạt tốc độ siêu âm, tạo thành chuỗi các sóng xung kích để cân bằng áp suất.

Những sóng xung kích này sau đó kết hợp lại với nhau để tạo ra mô hình được gọi là kim cương xung kích (hay còn được biết đến với tên kim cương lực đẩy, hoặc kim cương Mach theo tên của Ernst Mach, người đã mô tả chúng). Điều này cũng có thể được quan sát trong ống xả của các tên lửa. Cuối cùng, luồng khí sẽ chậm lại đến tốc độ gần âm thanh, khi áp suất giảm xuống đủ thấp để duy trì tỷ lệ áp suất cần thiết giữa nút cổ chai và mép nút chai.

Theo các nhà khoa học, nghiên cứu này ảnh hưởng đến nhiều ứng dụng liên quan đến dòng chảy siêu thanh, bao gồm cả tên lửa đạn đạo, tuabin gió, phương tiện di chuyển dưới nước và cả bệ phóng tên lửa.

“Mặt đất dưới bề mặt bệ phóng, khi tên lửa vươn lên trong không khí, chính là nơi mà các luồng khí được phóng ra sẽ tác động', các tác giả giải thích. 'Tương tự, khí cháy phụt ra từ nòng súng sẽ tạo ra luồng khí với tốc độ siêu thanh đẩy viên đạn lên. Có thể nói, các vấn đề liên quan đến các hiện tượng vật lý tương tự nhau và chúng có thể được xử lý bằng cách tiếp cận tương tự nhau'.

Tham khảo arstechnica