Разгадана 400-летняя тайна капель принца Руперта

Стеклянные «головастики» выдерживают удар молотком, но взрываются, если нажать им на хвост.

С XVII века капли принца Руперта озадачивали ученых. Они изготавливаются путем погружения капли расплавленного стекла в холодную воду, которая образует кусок стекла в виде головастика. В то время, как головка капли невероятно прочная и выдерживает воздействия от удара молотком до попадания пули, ее можно легко разрушить, просто щелкнув по хвосту. Теперь, как сообщает Дэвид Сонди из New Atlas, исследователи, наконец, выяснили секреты этих капель.

В 1994 году ученые использовали высокоскоростную фотографию для записи и анализа того, как разрушаются капли, сообщает Лиза Зига (Lisa Zyga) для Phys.org. Они пришли к выводу, что поверхность капли имеет высокое сжимающее напряжение, а внутренняя часть капель растянута. Хотя эта комбинация делает голову очень сильной, она не находится в равновесном состоянии. Это означает, что даже небольшое разрушение хвоста заставляет всю конструкцию дестабилизироваться и развалиться. Фактически, трещины движутся со скоростью 6500 км/ч, что распыляет стекло.

С появлением недавних технологических достижений исследователи смогли детально изучить распределение напряжений. Они использовали особый полярископ, тип микроскопа для исследования напряжений в стекле. Пропуская свет красного светодиода через каплю, погруженную в прозрачную жидкость, они смогли измерить, как напряжения в капле замедляют свет, выдавая радужную оптическую карту распределения сил внутри капли. Затем, используя математические модели, ученые вычислили различные внутренние и внешние силы. В прошлом году исследователи опубликовали свои результаты в журнале Applied Physics Letters.

Сжимающее напряжение вокруг головки капли составляет от 29 до 50 тонн на квадратный дюйм, что делает стекло столь же прочным, как некоторые виды стали. Но эта сила существует только в тонком слое толщиной всего 10% от диаметра головы.

Чтобы сломать каплю, трещина должна прорваться через этот слой и достичь зоны внутреннего растяжения. Но внешний слой настолько прочен, что большинство трещин только формирует паутину вдоль поверхности. Однако хвост – это другая история. Это тонкое стекло может быть легко разбито, обеспечивая прямую связь с этой чувствительной зоной внутреннего растяжения. Поэтому, когда хвост ломается, остальная часть капли принца Руперта разбивается.

Это связано с тем, как образуются капли. «Снаружи капля остывает быстрее, чем внутри, создавая сочетание сжимающих напряжений на поверхности и компенсируя растяжение внутри капель», – говорится в пресс-релизе.

Исследователи недоумевали по поводу капель в течение 400 лет. Они были названы в честь принца Руперта из Германии, который дал пять странных капель Карлу II, королю Англии. С тех пор исследователи пытались понять, что делает их такими прочными.

Люди приложили все усилия, чтобы попытаться сломать этих сумасшедших стеклянных головастиков – от стрельбы в капли до раздавливания их в гидравлических прессах. Но эти эксперименты – больше, чем просто удовольствие от попыток разрушения (хотя смотреть это довольно интересно). Как сообщает Andrew Liszewski из Gizmodo, изучение капель может привести к появлению новых видов ударопрочного стекла и, что немаловажно, небьющихся экранов для сотовых телефонов.

Источник – http://www.smithsonianmag.com/smart-news/researchers-crack-400-year-old-mystery-prince-ruperts-drops-180963308/

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *