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‘뻥!’ 샴페인 터지는 소리

물리학적 비밀

영화나 드라마에서 기분 좋은 날 샴페인으로 축배를 드는 모습을 본 적 있는가. 마구 흔들어 기포가 올라온 샴페인을 여는 순간 ‘뻥!’하는 큰 소리가 난다. 이 경쾌한 소리의 비밀을 2023년 12월 19일 루카스 바그너 오스트리아 빈공대 유체역학 및 열전달 연구소 연구원팀이 밝혀냈다. ^{doi: 10.1017/flo.2023.xxx}

연구팀은 샴페인을 여는 순간을 기체역학적으로 분석하기 위해 목이 가느다란 샴페인 병 내부의 기체와 코르크의 상호작용, 코르크와 병목의 마찰을 변수로 하는 수학 모형을 만들었다. 시뮬레이션 결과 샴페인을 땄을 때 코르크 마개가 빠져 나오는 속도는 초속 20m, 터져 나오는 기체의 흐름은 초속 400m에 이르렀다. 이는 초속 331m인 음속보다 훨씬 빠른 수준이다.

또 병의 입구와 날아간 코르크 사이에서 하나 또는 두 개의 마하 디스크가 형성됐다가 사라졌다. 마하 디스크는 제트 엔진, 로켓과 같은 매우 빠른 추진기관에서 생성되는 정상파의 형태다.

연구팀은 샴페인을 터트릴 때 나는 뻥 소리가 압력파와 충격파 소리가 합쳐지면서 난 것으로 분석했다. 코르크가 병목을 빠져나가는 순간 기체가 팽창하며 압력파가 생기는데, 이 압력파는 공기 중을 나아가며 소리를 만든다. 마찬가지로 압축된 기체가 갑자기 빠져나오면 초음속으로 제트를 형성하는데, 이때 충격파가 발생한다. 이 충격파는 소닉 붐을 만든다. 연구에 참여한 베른하르트 UCL 수학과 명예교수는 “우리의 수학 모형은 유체역학 방정식에서 초음속 현상이 자연스럽게 발생하는 것을 보여주며, 시뮬레이션 결과 역시 실험과 매우 잘 일치한다”고 밝혔다.