دموع الزجاج. خاصية مثيرة للاهتمام من قطرة الأمير روبرت (فيديو). قطرات روبرت تأتي من ...

تبدو فقاعة الأمير روبرت وكأنها شرغوف زجاجي تم إنشاؤه بواسطة نافخ زجاج مبتدئ ، لكنها صعبة للغاية ولا يمكن كسرها حتى بمطرقة. ومع ذلك ، يكفي أن تضربها برفق على "الذيل" ، فتتفتت إلى مسحوق. يحاول العلماء العثور على سبب هذه الصفات التي لا يمكن تفسيرها منذ ما يقرب من 400 عام ، والآن حصل فريق من الباحثين من جامعة كامبريدج وجامعة تالين للتكنولوجيا في إستونيا على إجابة أخيرًا.

ظهرت دموع أو قطرات الأمير روبرت باتافيان لأول مرة في القرن السابع عشر واشتهرت عندما قدم الأمير روبرت أمير بافاريا خمسًا من هذه الأشياء التافهة إلى الملك تشارلز الثاني ملك إنجلترا. تم تقديمهم إلى الجمعية الملكية للدراسة في عام 1661 ، ومع ذلك ، على الرغم من ما يقرب من أربعة قرون من البحث ، لم يتم العثور على تفسير لصفاتهم الغريبة إلا الآن. القطرات مصنوعة من الزجاج المصهور ذو معامل التمدد الحراري العالي وتغمس في وعاء من الماء البارد. يتصلب الزجاج المصهور على الفور في شكل قطرة مميز.

لدراسة قطرات الأمير روبرت ، استخدم العلماء تقنية حيث يتم وضع جسم ثلاثي الأبعاد شفاف في حمام مغمور حتى يمر الضوء المستقطب خلاله. تتوافق التغييرات في استقطاب الضوء داخل جسم ما مع خطوط الجهد. تضمن العمل السابق لعلماء الفيزياء في تالين وكامبريدج ، الذي تم تنفيذه في عام 1994 ، تصوير انفجار قطيرة بسرعة تقارب مليون إطار في الثانية. في الفيديو ، يمكنك أن ترى كيف تتكاثر الشقوق ، بعد الضرر الذي لحق بـ "الذيل" ، قطرة بعد قطرة بسرعة حوالي 6500 كيلومتر في الساعة.

أظهرت دراسة جديدة أن الضغوط الانضغاطية للزجاج في "رأس" القطرة تبلغ حوالي 50 طنًا لكل بوصة مربعة ، مما يجعلها قوية مثل الفولاذ. يحدث هذا لأن الجزء الخارجي من القطرة يبرد بشكل أسرع من الداخل. وبالتالي ، يتم تطبيق ضغط هائل على مركز "رأس" القطرة ، والذي يتم تعويضه عن طريق التمدد.

وطالما بقيت هذه القوى في حالة توازن ، يكون الانخفاض قويًا جدًا ويمكنه تحمل الأحمال الكبيرة. ولكن في حالة تلف "الذيل" ، يتم اختلال هذا التوازن ، وتنتشر العديد من الشقوق الصغيرة بالتوازي مع محوره. يحدث بسرعة عالية تشبه الانفجار.

دعونا نفرد بشكل مشروط الطبقة الخارجية واللب الداخلي في القطرة. تبرد القطرة من السطح ، وتتقلص طبقتها الخارجية وتنخفض في الحجم بينما يبقى اللب سائلًا وساخنًا.

بعد انخفاض درجة الحرارة داخل الكرة ، سيبدأ اللب أيضًا في الانكماش. لكن الطبقة الخارجية الصلبة بالفعل ستقاوم العملية. بمساعدة قوى الجذب بين الجزيئات ، يحمل النواة بقوة ، والتي ، بعد أن بردت ، اضطرت إلى احتلال حجم أكبر مما لو بردت بحرية.

نتيجة لذلك ، تنشأ قوى عند الحدود بين الطبقة الخارجية واللب ، تسحب الطبقة الخارجية إلى الداخل ، مما يخلق ضغوطًا انضغاطية فيها ، واللب الداخلي إلى الخارج ، مما يخلق ضغوطًا شدًا فيها.

تكون هذه الضغوط عالية جدًا أثناء التبريد السريع جدًا. لذلك يمكن أن ينفصل الجزء الداخلي من البالون عن الجزء الخارجي ، ثم تتكون فقاعة في القطرة.

ينتج عن الإجهاد المتبقي العالي جدًا صفات غير عادية ، مثل القدرة على تحمل ضربة مطرقة على رأس قطرة الأمير روبرت دون كسر سلامتها.

ولكن في حالة تلف الذيل بشكل طفيف ، يتم تدمير السقوط بسرعة كبيرة. يحدث التدمير بسرعة 1658 مترًا في الثانية ، أي ما يقرب من 5968.8 كيلومترًا في الساعة.

) ، أو "الدموع الدنماركية". رأس السقوط قوي بشكل لا يصدق ، ومن الصعب جدًا إتلافه ميكانيكيًا عن طريق الضغط: حتى ضربات المطرقة القوية أو الضغط الهيدروليكي لا يضر به. لكن الأمر يستحق كسر الذيل الهش قليلاً ، وسوف تتكسر القطرة بأكملها إلى أجزاء صغيرة في غمضة عين.

تم اكتشاف هذه الخاصية الغريبة لقطرة زجاجية لأول مرة في القرن السابع عشر ، إما في الدنمارك أو في هولندا (ومن هنا جاء اسم آخر لها - دموع باتافيان) ، أو في ألمانيا (المصادر متناقضة) ، وسرعان ما انتشر شيء صغير غير عادي في جميع أنحاء العالم. أوروبا كلعبة مضحكة. حصل هذا الانخفاض على اسمه تكريما للقائد العام لسلاح الفرسان الملكي الإنجليزي ، روبرت من بالاتينات ، المعروف باسم الأمير روبرت. في عام 1660 ، عاد روبرت من بالاتينات إلى إنجلترا بعد منفى طويل وأحضر معه قطرات زجاجية غير عادية ، والتي قدمها إلى تشارلز الثاني ، الذي نقلها إلى الجمعية الملكية في لندن للبحث.

ظلت تقنية صنع القطرة طي الكتمان لفترة طويلة ، ولكن في النهاية اتضح أنها بسيطة للغاية: ما عليك سوى إسقاط الزجاج المنصهر في دلو من الماء البارد. في هذه التقنية البسيطة يكمن سر قوة وضعف السقوط. تتصلب الطبقة الخارجية من الزجاج بسرعة ، وتنخفض في الحجم وتبدأ في الضغط على قلب السائل الثابت. عندما يبرد الجزء الداخلي أيضًا ، يبدأ اللب في الانكماش ، ولكن يتم مواجهة ذلك الآن بواسطة الطبقة الخارجية المجمدة بالفعل. بمساعدة قوى الجذب بين الجزيئات ، فإنه يحتفظ بالنواة المبردة ، والتي تُجبر الآن على احتلال حجم أكبر مما لو تم تبريده بحرية. نتيجة لذلك ، تنشأ قوى متعارضة عند الحد الفاصل بين الطبقتين الخارجية والداخلية ، والتي تسحب الطبقة الخارجية إلى الداخل ، ويتشكل فيها إجهاد انضغاطي ، واللب الداخلي إلى الخارج ، مما يشكل إجهاد شد. في هذه الحالة ، يمكن للجزء الداخلي أن ينفصل عن الجزء الخارجي ، ثم تتشكل فقاعة في القطرة. هذه المعارضة تجعل السقوط أقوى من الفولاذ. ولكن إذا تضرر سطحه ، مع ذلك ، من خلال كسر الطبقة الخارجية ، فسيتم تحرير قوة التوتر الخفية ، وستكتسح موجة الدمار السريعة من مكان الضرر على طول الهبوط بأكمله. تبلغ سرعة هذه الموجة 1.5 كم / ث ، وهي أسرع بخمس مرات من سرعة الصوت في الغلاف الجوي للأرض.

يكمن نفس المبدأ في صناعة الزجاج المقسّى الذي يستخدم ، على سبيل المثال ، في المركبات. بالإضافة إلى القوة المتزايدة ، يتمتع هذا الزجاج بميزة أمان خطيرة: عند تعرضه للتلف ، فإنه ينقسم إلى العديد من القطع الصغيرة بحواف حادة. يتكسر الزجاج "الخام" العادي إلى شظايا حادة كبيرة يمكن أن تصيبك بجروح خطيرة. يستخدم الزجاج المقسى في صناعة السيارات للنوافذ الجانبية والخلفية. يتكون الزجاج الأمامي للسيارات متعدد الطبقات (ثلاثي): يتم لصق طبقتين أو أكثر مع طبقة بوليمر ، والتي عند الاصطدام تحافظ على الشظايا وتمنعها من التطاير.

فيرونيكا ساموتسكايا

دموع باتافيان أو قوارير بولونيا ، وكذلك قطرات الأمير روبرت ، هي قطرات صلبة من الزجاج المقسّى بخصائص متينة للغاية. تم إحضارهم إلى إنجلترا من قبل الأمير روبرت من بالاتينات في منتصف القرن السابع عشر. في الوقت نفسه ، جذبت انتباه العلماء.

17095 1 4 18

على الأرجح ، كانت قطرات الزجاج هذه معروفة لمنافخي الزجاج منذ زمن سحيق ، لكنها جذبت انتباه العلماء في وقت متأخر نوعًا ما: في مكان ما في منتصف القرن السابع عشر. ظهرت في أوروبا (وفقًا لمصادر مختلفة ، في هولندا أو الدنمارك أو ألمانيا). ظلت تقنية صنع "الدموع" طي الكتمان ، لكنها اتضح أنها بسيطة للغاية.

إذا قمت بإلقاء الزجاج المصهور في الماء البارد ، ستحصل على قطرة على شكل شرغوف وذيل طويل منحني. في نفس الوقت ، فإن السقوط له قوة استثنائية: يمكن أن يضرب "رأسه" بمطرقة ولن ينكسر. ولكن إذا كسرت الذيل ، فإن القطرة تنكسر على الفور إلى أجزاء صغيرة.

تُظهر الإطارات التي تم تسجيلها باستخدام التصوير الفوتوغرافي عالي السرعة أن الحركات الأمامية "للانفجار" تتساقط بسرعة عالية: 1.2 كم / ث ، أي ما يقرب من 4 مرات أعلى من سرعة الصوت.

نتيجة للتبريد السريع ، يتعرض قطرة الزجاج لضغوط داخلية قوية ، مما يتسبب في مثل هذه الخصائص الغريبة. تبرد الطبقة الخارجية للقطرة بسرعة كبيرة بحيث لا يتوفر للهيكل الزجاجي الوقت لإعادة البناء. يتم شد اللب ، ويتم ضغط الطبقة الخارجية. وبالمثل ، يتم الحصول على الزجاج المقسى - ومع ذلك ، فإنه لا يحتوي على هذا الذيل ، والذي من الممكن كسر القشرة بسهولة.