Te llamarán la atención: al abrir un corcho de champán se emite CO2 a velocidades supersónicas
Andy Roberts/Getty Images Destapar un corcho de champán tiene algo en común con un lanzacohetes, según un artículo reciente de la revista Physics of Fluids. Científicos de Francia e India han utilizado simulaciones por computadora para mostrar en detalle lo que sucede en los microsegundos después de que se descorcha una botella de champán. Descubrieron que en el primer milisegundo después de que se abre el corcho, el gas expulsado forma varios tipos de ondas de choque, incluso alcanzando velocidades supersónicas, antes de que la efervescencia se asiente y esté lista para beber. «Nuestro trabajo revela los patrones de flujo inesperados y hermosos que se esconden justo debajo de nuestras narices cada vez que se descorcha una botella de vino espumoso», dijo el coautor Gérard Liger-Belair de la Universidad de Reims Champagne-Ardenne. «¿Quién podría haber imaginado los fenómenos complejos y estéticos que se esconden detrás de una situación tan común que cada uno de nosotros experimenta?» Liger-Belair podría imaginarlo, por ejemplo. Ha estudiado la física del champán durante años y es el autor de Uncorked: The Science of Champagne. Ha obtenido numerosos conocimientos sobre la física subyacente al someter a tomografía láser de champán, imágenes infrarrojas, imágenes de video de alta velocidad y modelos matemáticos, entre otros. Según Liger-Belair, la efervescencia del champán proviene de la nucleación de burbujas en las paredes de la copa. Una vez separadas de sus sitios de nucleación, las burbujas crecen a medida que suben a la superficie del líquido, estallan y colapsan en la superficie. Esta reacción generalmente ocurre en unos pocos milisegundos, y el característico sonido crepitante se emite cuando estallan las burbujas. Cuando las burbujas del champán estallan, producen gotitas que liberan compuestos aromáticos que se cree mejoran aún más el sabor. El tamaño de las burbujas también juega un papel crucial en una copa de champán realmente buena. Las burbujas más grandes mejoran la liberación del aerosol en el aire por encima del vidrio: burbujas a unos 1,7 mm por encima de la superficie. Y las burbujas en el champán «suenan» con ciertas frecuencias resonantes, dependiendo de su tamaño. Por lo tanto, es posible «escuchar» la distribución del tamaño de las burbujas a medida que suben a la superficie en una copa de champán.
Acercamiento/secuencia de tiempo que muestra los detalles de un corcho expulsado de un cuello de botella de champán almacenado a 20 ° Celsius, capturado por imágenes de alta velocidad. Gérard Liger-Belair Como informamos anteriormente, el champán generalmente se elabora con uvas que se cosechan temprano en la temporada La fruta contiene menos azúcar y mayor acidez. Las uvas se prensan como cualquier otro vino y se sellan en recipientes para que fermenten. Durante la fermentación se crea CO2 pero se deja escapar porque lo que se quiere en esta etapa es un vino base. Luego hay una segunda fermentación, excepto que esta vez el CO2 queda atrapado en la botella y se disuelve en el vino. Encontrar el equilibrio adecuado es crucial. Necesitas unas seis atmósferas de presión y 18 gramos de azúcar con solo 0,3 gramos de levadura. De lo contrario, el champán resultante será demasiado plano o demasiada presión hará que la botella explote. También necesita la temperatura adecuada, lo que afecta la presión en la botella. Este CO2 a alta presión finalmente se libera cuando se revienta el corcho, liberando una nube de gas mezclado con vapor de agua que se expande fuera del cuello de la botella hacia el aire circundante. El trabajo experimental anterior de Liger-Belair y sus colegas utilizó imágenes de alta velocidad para mostrar que se producen ondas de choque cuando se abre un corcho de champán. Con el presente estudio, «Queríamos caracterizar mejor el fenómeno inesperado del flujo supersónico que ocurre cuando se descorchan las botellas de champán», dijo el coautor Robert Georges, de la Universidad de Rennes 1. «Esperamos que nuestras simulaciones proporcionen algunas pistas interesantes». para los investigadores». , y podrían considerar la típica botella de champán como un mini-laboratorio». Con base en estas simulaciones, el equipo identificó tres fases distintas. Cuando se descorcha la botella, la mezcla de gases es inicialmente parcialmente bloqueada por el corcho, evitando que la eyección alcance la velocidad del sonido. Si, a medida que el corcho se desprende, se permite que el gas escape radialmente y alcance velocidades supersónicas, creando una serie de ondas de choque que igualan su presión. Estas ondas de choque se combinan para formar patrones de anillos reveladores. conocidos como diamantes de choque (también conocidos como diamantes de empuje o diamantes de mach) después de Ernst Mach, quien los describió por primera vez) típicamente observados en penachos de cohetes. Eventualmente, la eyección se vuelve más lenta a velocidades subsónicas cuando la presión cae demasiado para mantener la relación de presión de la boquilla requerida entre el cuello de la botella y el borde del corcho. La investigación es relevante para una amplia gama de aplicaciones de flujo supersónico, incluidos misiles balísticos, turbinas eólicas, vehículos submarinos y, por supuesto, un lanzacohetes. «El suelo, alejándose del vehículo de lanzamiento a medida que se eleva, juega el papel del corcho de champán sobre el que impactan los gases expulsados», explican los autores. “Del mismo modo, los gases de combustión expulsados del cañón de una pistola son impulsados hacia la bala a velocidades supersónicas. Los problemas enfrentan los mismos fenómenos físicos y podrían abordarse con el mismo enfoque.” DOI: Physics of Fluids, 2022. 10.1063/5.0089774 (About DOIs).