“嘭”！
当我们打开一瓶香槟或其他起泡酒，都会听到这样一声巨响。这是我们日常生活中的一个非常简单的现象。我们知道之所以会这样，是因为瓶内的压强很大，在打开的一瞬间，被瓶塞压缩在瓶中的气体会向外冲出，因而导致了声响。
然而我们不知道的是，这背后的物理原理非常复杂。虽然科学家们已经可以利用高速摄像机对这一现象进行实验观测，但对这一现象的精确数学-数值分析仍然缺乏。
现在，这个空白已被填补。维也纳工业大学的一组研究人员通过使用复杂的计算机模拟，计算了软木塞的运动和气体的流动。他们惊讶地发现，在这个过程中有超声速冲击波形成，气流速度可以达到声速的1.5倍甚至更高。
瓶中的冲击波与极寒
研究发现，当软木塞从气泡酒瓶内飞出时，它本身的飞行速度是相对较低的，大约为每秒20米左右。然而，从瓶子里流出的气体要快得多，能以每秒高达400米的速度赶上软木塞，从软木塞上流过。这一速度比声速还快，因此在瓶子被打开后不久，气体喷射就会打破音障，且这个过程伴随着冲击波的形成。
通常情况下，气体中的压力和温度等变量是连续变化的。换言之，彼此相邻的两个点的气压和或温度大致是相同的。但当存在冲击波时，情况就不同了，这些变量会出现跳跃，变得不再连续：位于冲击波之前的压力和速度，与位于冲击波之后的压力和速度完全不同。
在气体喷流中，压力发生突然变化的点也被称为马赫环（mach disk），马赫盘首先在瓶子和软木塞之间形成，然后向瓶口移动。
突然变化的不仅是气压，还有温度。当气体膨胀时，它的温度会变得更低，这一点我们或许可以从使用喷雾罐的过程中体验到。这种效应在气泡酒瓶中非常明显，瓶中的某些点的气体可以降至-130°C的低温，甚至有可能使瓶中用于起泡的二氧化碳形成微小的干冰晶体。
这种效应取决于香槟酒的原始温度，不同的温度会导致形成不同大小的干冰晶体，它们会以不同的方式散射光，这就产生了各种颜色的烟雾。因此，在理论上，我们可以通过观察烟雾的颜色来测量气泡酒的温度。
软木塞的膨胀和冲击波的爆裂
研究人员表示，气泡酒瓶打开时所发出的声音是由不同效应结合在一起所导致的：首先，软木塞在离开瓶子的那一瞬间就会突然膨胀，产生压强波；其次，我们可以听到由超声速气体喷射产生的冲击波，这与众所周知的气动声学中的声爆现象非常类似。这两种声音共同导致了香槟瓶的软木塞在喷出时所发出的爆破声。
这一结果令研究人员大感意外。 研究人员表示，为理解气泡酒瓶的软木塞喷出时的物理学所发展的方法，将可以应用如理解弹道导弹、射弹或火箭周围的气体流动等领域。
参考来源：
https://www.tuwien.at/en/tu-wien/news/news-articles/news/endlich-geklaert-die-physik-des-sektkorkenknallens
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