研究人员决定使用高速摄像机捕捉打开摇盖啤酒瓶时发生的情况。他们发现,打开一个加压的摇盖瓶所发出的声音并不是单一的冲击波,而是一个非常快速的“啊”声。他们的高速视频记录捕捉到了瓶颈内的冷凝水,以站立波的形式上下振动。打开瓶子后,溶解的二氧化碳开始在啤酒中形成,触发液位上升,导致液体晃荡。
在一个有趣的实验中,德国哥廷根大学的研究员马克斯·科赫 — 也是一位热爱自酿的爱好者 — 决定使用高速摄像机捕捉打开自酿摇盖瓶时发生的情况。
当大学第三物理学研究所的超声波与气蚀组组长罗伯特·梅廷建议科赫将研究结果提交给AIP Publishing的《流体物理学》特刊“厨房流”时,科赫和他的同事选择扩展这一家庭实验,深入探讨所涉及的新型声学和物理学。
研究小组发现,打开一个加压的摇盖瓶所发出的声音并不是单一的冲击波,而是一个非常快速的“啊”声。他们的高速视频记录捕捉到了瓶颈内的冷凝水以站立波的形式上下振动。这些记录,以及高保真音频录音和计算流体动力学模拟,确认了这个波是“啊”声的来源。
科赫表示:“爆裂声的频率远低于如果你像吹口哨那样对着满瓶子吹气时的共鸣频率。这是由于瓶中二氧化碳和空气混合物的突发膨胀,以及强制冷却到大约零下50摄氏度,从而降低了声音速度。它发出的分贝很高–在瓶颈内的声音和飞机1米内的涡轮声一样响亮,甚至更大,但持续时间不长。”
打开瓶子后,溶解的二氧化碳开始在啤酒中形成,触发液位上升。瓶子的运动也导致液体晃荡,研究小组的高速录像捕捉到了瓶颈内的这个波。
此外,他们观察到,瓶盖在爆裂后以其锋利的边缘撞击玻璃的动量转移可能也会引发喷涌,因而增强了气泡的形成。
科赫说:“解释打开时发出的‘啊’声的低频率,并找到一个简单的模型来解释数值是一个挑战。有一点我们没有解决的是,我们的数值模拟显示在短暂的‘啊’共鸣之前有一个初始强峰,但在实验中这个峰不存在。”
撇开模拟不谈,科赫开玩笑说,另一个巨大的挑战就是在实验过程中饮用自酿饮料仍能保持清晰。