Was steckt hinter dem "Knall und Schwappen" beim Öffnen einer Bügelverschlussflasche mit Bier?
Ermittlung der akustischen und physikalischen Ursachen für das Schwappen und Knallen von Flüssigkeiten beim Öffnen einer Bügelverschlussflasche mit Bier
In einem unterhaltsamen Experiment beschloss Max Koch, ein Forscher an der Universität Göttingen in Deutschland, der auch ein leidenschaftlicher Hobbybrauer ist, eine Hochgeschwindigkeitskamera zu verwenden, um zu filmen, was beim Öffnen einer Bügelverschlussflasche mit selbstgebrautem Bier passiert.
Ein Ausschnitt aus der Hochgeschwindigkeitsaufnahme der Gruppe, nachdem sie eine selbstgebraute Flasche Bier geknallt hat.
Max Koch
Als Robert Mettin, Leiter der Arbeitsgruppe Ultraschall und Kavitation am Dritten Physikalisch-Biophysikalischen Institut der Universität Göttingen, vorschlug, dass Koch seine Ergebnisse in der Sonderausgabe "kitchen flows" von Physics of Fluids(AIP Publishing) veröffentlichen sollte, beschlossen Koch und seine Kollegen, das Experiment zu Hause zu erweitern und die neuartige Akustik und Physik zu untersuchen.
Die Gruppe fand heraus, dass das Geräusch, das beim Öffnen einer unter Druck stehenden Flasche mit Schwingdeckel entsteht, keine einzelne Schockwelle ist, sondern eher ein sehr schnelles "Ah". Ihre Hochgeschwindigkeits-Videoaufnahmen fingen Kondensation innerhalb des Flaschenhalses ein, die in einer stehenden Welle auf und ab vibrierte. Diese Aufnahmen bestätigten zusammen mit hochauflösenden Tonaufnahmen und Strömungssimulationen, dass diese Welle der Ursprung des "ah"-Geräuschs ist.
"Die Frequenz des Knalls ist viel niedriger als die Resonanz, die entsteht, wenn man auf die volle Flasche wie auf eine Pfeife bläst", so Koch. "Das liegt an der plötzlichen Ausdehnung des Kohlendioxid-Luft-Gemischs in der Flasche sowie an der starken Abkühlung auf etwa minus 50 Grad Celsius, die die Schallgeschwindigkeit verringert. Die Dezibel, die dabei entstehen, sind hoch - innerhalb des Flaschenhalses ist es so laut oder sogar lauter als eine Flugzeugturbine im Umkreis von einem Meter, aber das hält nicht lange an."
Nach dem Öffnen der Flasche beginnt sich das gelöste Kohlendioxid im Bier zu bilden und lässt den Flüssigkeitspegel ansteigen. Die Bewegung der Flasche verursacht auch ein Schwappen der Flüssigkeit, und die Hochgeschwindigkeitsaufnahmen der Gruppe haben diese Welle im Flaschenhals eingefangen.
Außerdem stellten sie fest, dass die Impulsübertragung des Deckels, der nach dem Ploppen mit seiner scharfen Kante auf das Glas trifft, aufgrund der verstärkten Blasenbildung ebenfalls einen Schwall auslösen könnte.
"Es war eine Herausforderung, die niedrige Frequenz des 'ah'-Geräuschs, das von der Öffnung ausgeht, zu erklären und ein einfaches Modell zur Erklärung der Werte zu finden", so Koch. "Eine Sache, die wir nicht lösen konnten, ist, dass unsere numerischen Simulationen eine anfängliche starke Spitze in der akustischen Emission vor der kurzen 'ah'-Resonanz zeigten, aber diese Spitze fehlte in den Experimenten."
Abgesehen von den Simulationen scherzte Koch, dass eine weitere große Herausforderung darin bestand, die selbst gebrauten Getränke zu trinken und trotzdem während des Experiments klar zu bleiben.
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