打開啤酒瓶蓋時“噼里啪啦”的聲音背后是什么？
自釀啤酒愛好者、德國哥廷根大學的Max Koch決定開展一項有趣的實驗——使用高速相機捕捉打開一瓶自制啤酒時發生的現象。當同事建議他將研究結果投稿至《流體物理學》時，Koch決定擴展這項家庭實驗，深入研究其中新穎的聲學與物理機制。
他和同事發現，打開帶有擺動式瓶蓋的加壓酒瓶時發出的聲音并非單一沖擊波，而是一個極為短促的“啊”聲。高速相機記錄顯示，瓶頸內部出現上下振動的駐波狀凝結物。結合高保真音頻記錄和計算流體動力學模擬，證實了這種波動是“啊”聲的源頭。
“這是由于瓶中二氧化碳和空氣混合物的突然膨脹，以及在零下50攝氏度左右的強烈冷卻作用下，降低了聲速。它發出的分貝值很高，瓶頸內部的聲音強度相當于1米外飛機渦輪機的噪音水平，甚至更大，但不會持續太久。”Koch說。
打開瓶蓋后，溶解的二氧化碳開始在啤酒內部形成，導致液面上升。瓶體的晃動引發液體波動，研究團隊用高速相機捕捉到了瓶頸內的這種波動。此外，他們還觀察到，瓶蓋彈出后，其鋒利邊緣撞擊玻璃瓶產生的動量傳遞也可能通過促進氣泡形成引發噴涌現象。
“如何解釋開瓶時發出的低頻‘啊’聲，并建立簡單模型來驗證測量值，是我們面臨的主要挑戰。”Koch表示，“目前尚未解決的一個問題是，數值模擬顯示聲學發射存在初始強峰，之后才是短暫的‘啊’聲共振，但實驗中并未觀測到這個峰值。”
除模擬計算的難題外，Koch打趣道，另一個巨大挑戰是“在實驗過程中喝完自釀啤酒的同時保持頭腦清醒”。這項將日常生活現象與前沿物理研究相結合的工作，生動展示了科學探索無處不在的魅力。
相關論文信息：https://doi.org/10.1063/5.0248739
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