Champán, ¡una onda de choque al descorchar!

Las imágenes rápidas han hecho avances vertiginosos en los últimos años, particularmente con el advenimiento de los sensores digitales y la miniaturización de los circuitos electrónicos. Hoy existen cámaras ultrarrápidas capaces de revelar fenómenos de extrema fugacidad. Usamos una cámara de este tipo para examinar los detalles de los mecanismos en funcionamiento al abrir una botella de champán.

Durante su segunda fermentación (llamada mousse premium), los vinos de champán producen dióxido de carbono (CO_dos) – el equivalente a casi 5 litros por una sola botella de 75 cl – que se retiene bajo presión en la botella cerrada. La presión que reina en una botella todavía con corcho varía mucho con su temperatura. Así, a 20°C, la presión alcanza casi 8 bar, equivalente a 8 veces la presión atmosférica, es decir, ¡la presión que reina a 70 m bajo el mar! La secuencia de video en la imagen de arriba ilustra los fenómenos que ocurren cuando el corcho sale de una botella bajo una presión inicial de 8 bares.

Cuando el corcho revienta, el volumen de dióxido de carbono bajo presión en el cuello de la botella se expande repentinamente. Su presión cambia entonces de 8 bar a una presión ambiental de 1 bar. Esto va acompañado de un descenso de su temperatura: los físicos hablan de una expansión adiabática. Sin embargo, dependiendo de su temperatura y presión, es probable que exista una sustancia pura en tres fases: gas, líquido y sólido. Así, bajo una presión de 1 bar, el agua es líquida a 20 °C, se convierte en hielo por debajo de 0 °C y hierve hasta convertirse en vapor a 100 °C. Pero ¿qué pasa con el CO_dos ? Por debajo de 1 bar de presión, CO_dos permanece en estado gaseoso por encima de una temperatura de -78,5°C; por debajo de esta temperatura crítica, existe en su forma sólida: hielo seco.

Sin obstrucciones, hielo seco y ondas de choque.

Para esta botella, bajo una presión inicial de 8 bar, la temperatura del dióxido de carbono en expansión cae repentinamente a casi -90°C. vapores de CO_dos luego conviértete en pequeños cristales de hielo seco, capaz de dispersar la luz ambiental. El color azul cielo de la pluma es un signo del tamaño muy pequeño de estos cristales. De hecho, las partículas o moléculas que tienen un tamaño más pequeño que las longitudes de onda del espectro de luz ambiental (centrado en aproximadamente 0,6 µm) dispersan las longitudes de onda pequeñas del espectro (azul, en particular) de manera mucho más efectiva que las longitudes de onda más pequeñas ( como rojo): esto se llama dispersión de Rayleigh. Es el mismo fenómeno que explica por qué el cielo nos parece azul: dado que las moléculas que componen la atmósfera de nuestro planeta son mucho más pequeñas que las longitudes de onda de la luz solar, el azul se difunde mucho más eficientemente que otros colores en el espectro.

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¿Notaste la pequeña línea horizontal que cruza la pluma azul? Es un onda de choque característica de los jets supersónicos, conocidos como discos Mach. Aparece aproximadamente 500 µs después del desbloqueo, avanza a través de la secuencia de bloqueo antes de desaparecer aproximadamente 500 µs más tarde. Encontramos ondas de choque similares en la pluma supersónica expulsada por las toberas de los reactores de un avión de combate o un cohete. Durante el primer milisegundo después de que se expulsa el corcho, el cuello de una botella de champán se comporta un poco como la boquilla de un reactor cohete. ¡Quién hubiera creído eso!

Los lectores que quieran saber más sobre el mundo del champagne pueden consultar el libro “Un mundo de burbujas. El champán o la ciencia de la efervescencia »publicado por Elipses.