Цель исследования, представленного сегодня, состояла в том, чтобы исследовать физику, стоящую за пробкой шампанского, высовывающейся из бутылки, и то, как температура влияет на это.
Курс газообразования
Большинство людей, читающих наш сайт, знают, что бутылки шампанского или игристого вина находятся под постоянным давлением из-за содержимого внутри.
Согласно традиционному методу приготовления игристых вин, вторичная ферментация проходит уже в запечатанной бутылке, таким образом CO2, выделяется дрожжами в бутылке, в виде крошечных пузырьков.
В шампанском стандартного размера после завершения вторичной ферментации присутствует около 12 грамм на литр растворенных молекул СО2, что соответствует примерно 5 литрам газообразного СО2 при стандартной температуре и давлении.
После этапа разбрызгивания (удаление винной пробки, чтобы избавиться от мертвых дрожжей и других отложений в напитке) и повторного закупорки, содержание растворенного CO2 восстанавливается до значения около 11 грамм на литр.
Согласно базовым физическим и химическим принципам растворимость CO2 в вине сильно зависит от температуры: чем ниже температура, тем выше растворимость CO2.
Поскольку парциальное давление (давление отдельно взятого компонента газовой смеси) газа в замкнутой системе связано с растворимостью в этой системе, можно предположить, что парциальное давление сильно зависит от температуры. Наконец, поскольку сила вырывающейся из бутылки пробки от шампанского зависит от того, какое давление находится за ней, можно предположить, что сила вырывающейся из бутылки пробки от шампанского зависит от температуры.
Полагаю, что одним из реальных применений такого исследования было бы определение оптимальной температуры вылета пробки из бутылки шампанского для снижения риска попадания ее в ваш глаз. В представленной статье приводятся статистические данные американской академии офтальмологии, которые утверждают, что пробка от шампанского одна из самых распространенных причин травмы глаз во время праздников.
Хотя наиболее верный способ открыть бутылку шампанского (игристого вина) – это медленно снимать пробку с легким шипением, но поскольку традиция требуют от драматических выходок (БАХ!), многие предпочитают, чтобы пробка улетала в потолок.
Результаты исследования могут предоставить информацию о правильной температуре бутылки шампанского для наименьшего риска повреждения глаз из-за чрезмерных высвобождающих пробковых сил CO2 (было трудно написать это предложение, не смеясь).
История про Дом Периньон
Моя любимая часть этой статьи была, когда авторы немного отошли в сторону от «отца шампанского» Дом Периньон. Дому Периньону часто приписывают изобретение шампанского (некоторые могут поспорить с этим, но это не главное), а также разработку пробок для шампанского.
Ходили слухи, что Периньон был слеп к концу своей жизни, подразумевая, что, может быть, он слишком много раз получал пробкой от шампанского при разработке пробок для шампанского, но, увы, самом деле он терял зрение по другим причинам.
Но мы отвлеклись … Напоминаем, что целью исследования было изучение физических свойств пробки для шампанского, вылетающей из бутылки шампанского при 3 различных температурах, с использованием технологии высокоскоростной инфракрасной съемки.
Методы эксперимента
В эксперименте использовалось коммерческое шампанское от Cooperative Nogent l’Abbesse в Марне, Франция.
Бутылки были стандартного размера (750 мл) и содержали около 9 грамм CO2 на бутылку (эквивалентно 12 грамм на литр).
Вина выдерживались в течение 15 месяцев, затем удалялось первичные газообразования и закрывались натуральной
пробкой (частично агломерированной, частично твердой). Объем свободного пространства после укупорки составил 25 мл.
Вина хранили при 12 °С до готовности к употреблению.
За 24 часа до эксперимента вина хранили при 3 уравновешенных температурах: 4, 12 и 18 °C.
Бутылки с шампанским вскрыли, и их физические параметры были измерены с использованием методов, основанных на принципах инфракрасной термографии. Камера снимала изображения со скоростью 100 кадров в секунду. Скорость затвора на камере была 1 мс.
Результаты исследования
- Чем ниже температура шампанского, тем меньше облако СО2, которое выходит из бутылки, как лопнула пробка.
- Объем облака CO2 после появления пробки увеличивается с повышением температуры.
- Чем выше температура, тем больше газа CO2 движется вниз по горлышку бутылки (см. Рисунок).
- Итак, что же удалось установить учёным в эксперименте. Во-первых, оказалось — вот неожиданность! — что пробка вылетает с тем большей скоростью, чем выше температура шампанского. Удивительного мало: при повышении температуры всё большее количество углекислого газа выделяется из жидкости и скапливается под пробкой, увеличивая давление на неё.
- И во-вторых, и это уже менее очевидный вывод, оказалось, что на ускорение пробки тратится всего лишь около 5% запасённой энергии. Остальное, по-видимому, расходуется на создание характерного звука, сопровождающего вылет пробки. Учёные собираются проверить это в следующей серии экспериментов, измерив амплитуду звуковых волн. Полученные результаты, думаю, будут как раз кстати к следующему новому году.