Die Chancen stehen gut, dass Sie in ein paar Tagen ein oder zwei Champagnerflaschen zum Einläuten des neuen Jahres trinken werden.
Aber was Sie vielleicht nicht zu schätzen wissen, wenn Sie Ihr Fizz öffnen, ist, dass Sie es mit einem Überschallmechanismus zu tun haben, der einem leistungsstarken Flugzeug ähnelt.
Das sagen Wissenschaftler in Österreich, die endlich die faszinierende Physik hinter dem Champagner-Pop enthüllt haben.
Es heißt, dass eine Überschallstoßwelle Gas mit bis zu 400 Metern pro Sekunde bei -202 °F (-130 °C) durch die Flasche schleudert – viel kälter als selbst der Nordpol.
Mittlerweile schleudert der Korken viel langsamer heraus, aber immer noch schnell genug, um schwere Verletzungen zu verursachen, wenn er in die falsche Richtung zeigt.
Zeit für eine Sprudelstunde: Wissenschaftler sagen, dass „komplexe Überschallphänomene“ auftreten, wenn man am 31. Dezember seine Champagnerflasche öffnet
Das Gas, das aus der Sektflasche ausströmt, ist viel schneller als der Korken. Der Punkt in diesem Gasstrahl, an dem sich der Druck abrupt ändert, wird als Mach-Scheibe bezeichnet
Die neue Studie wurde von Lukas Wagner, Doktorand am Institut für Strömungsmechanik der TU Wien, geleitet.
Wagner und Kollegen sagen, dass jedes Mal, wenn man eine Flasche Champagner öffnet, „komplexe Überschallphänomene auftreten“.
Champagnerflaschen sind dicker und schwerer als normale Weinflaschen, um dem enormen Druck im Inneren standzuhalten.
Dieser Druck wird durch die bei der Gärung entstehenden CO2-Blasen erzeugt und ist der Grund dafür, dass der Korken buchstäblich mit einem Drahtkäfig („Muselet“) verschlossen werden muss.
Beim endgültigen Öffnen wird der Stopfen durch das komprimierte Gas in der Flasche nach außen gedrückt und fliegt mit einem kräftigen Knall davon – die Physik dahinter sei jedoch unklar, so das Team.
Mithilfe komplexer Computersimulationen konnten sie das Verhalten des ausgeworfenen Korkens und den damit einhergehenden CO2-Gasstrom berechnen.
Während der Korken mit etwa 20 Metern pro Sekunde ausgestoßen wird, ist der Gasstrom viel schneller – bis zu 400 Meter pro Sekunde, wie das Team herausfand.
Abgebildet ist eine Visualisierung des Korkens, der aus einer Champagnerflasche in Schwarz kommt. Der Sektkorken selbst fliegt mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeit davon – etwa 20 Meter pro Sekunde
Daher ist das Gas offiziell Überschallgeschwindigkeit, das heißt, es bewegt sich schneller als die Schallgeschwindigkeit (343 Meter pro Sekunde).
Es gibt einen Punkt im Gasstrom, an dem sich der Druck abrupt ändert – die sogenannte „Mach-Scheibe“, wie man sie auch bei Überschallflugzeugen sieht.
„Sehr ähnliche Phänomene sind auch von Überschallflugzeugen oder Raketen bekannt, bei denen der Abgasstrahl mit hoher Geschwindigkeit aus den Triebwerken austritt“, sagte Studienautor Stefan Braun, ebenfalls an der TU Wien.
Was das hörbare Knallen beim Öffnen der Flasche betrifft, das oft den Beginn einer Feier ankündigt, handelt es sich um eine Kombination aus zwei verschiedenen Effekten.
Erstens dehnt sich der Korken schlagartig aus, sobald er die Flasche verlassen hat, wodurch eine Druckwelle entsteht, und zweitens wird durch den Überschallgasstrahl eine Stoßwelle erzeugt.
Dies ist dem bekannten Phänomen des Überschallknalls sehr ähnlich, den Luftfahrtexperten zu beseitigen versuchen, um leisere Flugzeuge zu bauen.
Die auf dem Preprint-Server arXiv veröffentlichte Studie könnte für andere Anwendungen mit Gasströmen wie ballistischen Raketen, Projektilen oder Raketen von Bedeutung sein.
Der Korken wird viel langsamer herausgeschleudert, aber immer noch schnell genug, um schwere Verletzungen zu verursachen, wenn er in die falsche Richtung zeigt (Archivfoto)
„In vielen technisch wichtigen Situationen hat man es mit sehr festen Strömungskörpern zu tun, die stark mit einer viel schnelleren Gasströmung interagieren“, schließen die Autoren.
Ein anderes Forscherteam hat Anfang des Jahres herausgefunden, warum Blasen in Champagner vollkommen gerade aufsteigen, während dies bei Bier nicht der Fall ist.
Es wurde festgestellt, dass größere Blasen und die Zugabe spezieller Proteine in der Blase die Blasenketten stabilisieren und ihnen ein geradliniges Aufsteigen ermöglichen.
Andere Untersuchungen haben gezeigt, dass Champagner mehr Blasen aufweist als Bier, wenn man die gleiche Menge beider Getränke vergleicht.
Denn Champagner und andere Schaumweine enthalten etwa doppelt so viel gelöstes Kohlendioxid (CO2) aus zusätzlichem Zucker.