Klaasi pisarad. Prints Ruperti tilga huvitav omadus (video). Ruperti tilgad pärinevad...

Prints Ruperti kämp näeb välja nagu algaja klaasipuhuja loodud klaasist kulles, kuid see on nii sitke, et seda ei saa murda isegi haamriga. Siiski piisab, kui teda kergelt "saba" lüüa, ja ta mureneb pulbriks. Teadlased on selliste seletamatute omaduste põhjust püüdnud leida ligi 400 aastat ning nüüd on Cambridge'i ülikooli ja Tallinna tehnikaülikooli teadlaste meeskond Eestis lõpuks vastuse saanud.

Prints Ruperti Batavia pisarad või tilgad ilmusid esmakordselt 17. sajandil ja said kuulsaks, kui Baieri prints Rupert kinkis Inglismaa kuningale Charles II-le viis sellist pisiasja. Need esitati Kuninglikule Seltsile uurimiseks 1661. aastal, kuid vaatamata peaaegu neli sajandit kestnud uurimistööle on nende kummalistele omadustele seletus leitud alles nüüd. Tilgad on valmistatud kõrge soojuspaisumisteguriga sulaklaasist ja kastetakse külma veenõusse. Sulaklaas tahkub koheselt iseloomuliku tilgakujuga.

Prints Ruperti tilkade uurimiseks kasutasid teadlased tehnikat, kus läbipaistev 3D objekt asetatakse sukelvanni, nii et polariseeritud valgus läbib seda. Muutused valguse polarisatsioonis objekti sees vastavad pingeliinidele. Tallinna ja Cambridge'i füüsikute senine, juba 1994. aastal tehtud töö hõlmas tilgakese plahvatuse filmimist kiirusega ligi miljon kaadrit sekundis. Videost on näha, kuidas pärast "saba" kahjustamist levivad praod tilkhaaval kiirusega umbes 6500 kilomeetrit tunnis.

Uus uuring on näidanud, et klaasi survepinged tilga "peas" on umbes 50 tonni ruuttolli kohta, mis teeb selle sama tugevaks kui teras. See juhtub seetõttu, et tilga väliskülg jahtub kiiremini kui sisemus. Seega avaldatakse tilga “pea” keskele tohutu surve, mida kompenseeritakse venitamisega.

Kuni need jõud püsivad tasakaalus, on kukkumine väga tugev ja talub olulisi koormusi. Kuid kui "saba" on kahjustatud, on see tasakaal häiritud ja selle teljega paralleelselt levivad paljud väikesed praod. See juhtub nii suurel kiirusel, et meenutab plahvatust.

Eraldagem tinglikult tilga välimine kiht ja sisemine südamik. Tilk jahutatakse pinnalt ja selle välimine kiht kahaneb ja väheneb, samal ajal kui tuum jääb vedelaks ja kuumaks.

Pärast temperatuuri langemist palli sees hakkab ka südamik kahanema. Kuid niigi kõva välimine kiht peab protsessile vastu. Molekulidevaheliste tõmbejõudude abil hoiab ta visalt kinni tuuma, mis jahtunult on sunnitud hõivama suurema ruumala kui siis, kui see oleks vabalt jahtunud.

Selle tulemusena tekivad välimise kihi ja südamiku piiril jõud, mis tõmbavad välimist kihti sissepoole, tekitades selles survepingeid ja sisemist südamikku väljapoole, tekitades selles tõmbepingeid.

Need pinged on liiga kiire jahutamise ajal väga suured. Seega võib õhupalli sisemine osa välimisest osast lahti murda ja seejärel tekib tilga sisse mull.

Väga suure jääkpinge tulemuseks on ebatavalised omadused, näiteks võime taluda haamrilööki Prince Ruperti kukkumise pähe ilma selle terviklikkust rikkumata.

Aga kui saba on kergelt kahjustatud, hävib tilk suurel kiirusel. Hävitamine toimub kiirusel 1658 meetrit sekundis, mis on ligikaudu 5968,8 kilomeetrit tunnis.

) või "Taani pisarad". Kukkumispea on uskumatult tugev, seda on väga raske mehaaniliselt kokkusurumisega kahjustada: isegi tugevad haamrilöögid või hüdrauliline press ei tee talle kahju. Kuid habras saba tasub veidi murda ja kogu piisk puruneb silmapilguga väikesteks kildudeks.

See klaastilga kummaline omadus avastati esmakordselt 17. sajandil kas Taanis või Hollandis (sellest ka nende teine ​​nimi - Batavian pisarad) või Saksamaal (allikad on vastuolulised) ja ebatavaline pisiasi levis kiiresti kõikjale. Euroopa kui naljakas mänguasi. Tilk sai oma nime Inglise kuningliku ratsaväe ülemjuhataja, Pfalzi Ruperti, rahvasuus tuntud kui prints Ruperti, auks. 1660. aastal naasis Pfalzi Rupert pärast pikka pagendust Inglismaale ja tõi endaga kaasa ebatavalisi klaastilku, mille ta kinkis Charles II-le, kes andis need uurimistööks üle Londoni Kuninglikule Seltsile.

Tilga valmistamise tehnoloogiat hoiti pikka aega saladuses, kuid lõpuks osutus see väga lihtsaks: lihtsalt tilguta sulaklaasi külma vee ämbrisse. Selles lihtsas tehnoloogias peitub tilga tugevuse ja nõrkuse saladus. Klaasi välimine kiht tahkub kiiresti, selle maht väheneb ja hakkab veel vedelale tuumale survet avaldama. Kui ka sisemine osa jahtub, hakkab südamik kokku tõmbuma, kuid sellele aitab nüüd vastu juba külmunud välimine kiht. Molekulidevaheliste tõmbejõudude abil hoiab see jahtunud südamikku, mis on nüüd sunnitud hõivama suurema ruumala kui siis, kui see oleks vabalt jahtunud. Selle tulemusena tekivad välis- ja sisekihi piiril vastandlikud jõud, mis tõmbavad välimist kihti sissepoole ja selles tekib survepinge ning sisemine südamik väljapoole, moodustades tõmbepinge. Sel juhul võib sisemine osa isegi välimisest lahti murda ja siis tekib tilga mull. See vastuseis muudab tilga terasest tugevamaks. Kui aga selle pind siiski välimise kihi purunemise tõttu kahjustub, vabaneb varjatud pingejõud ja kogu tilga ulatuses pühib kahjustuskohast kiire hävimislaine. Selle laine kiirus on 1,5 km/s, mis on viis korda suurem heli kiirusest Maa atmosfääris.

Samal põhimõttel on ka karastatud klaasi tootmine, mida kasutatakse näiteks sõidukites. Lisaks suurenenud tugevusele on sellisel klaasil tõsine turvaeelis: kahjustumisel puruneb see paljudeks väikesteks tömpide servadega tükkideks. Tavaline "toores" klaas puruneb suurteks teravateks kildudeks, mis võivad teid tõsiselt vigastada. Autotööstuses kasutatakse karastatud klaasi külg- ja tagaakende jaoks. Autode tuuleklaas on tehtud mitmekihiline (tripleks): kaks või enam kihti liimitakse kokku polümeerkilega, mis kokkupõrkel hoiab killud kinni ja ei lase neil laiali lennata.

Veronika Samotskaja

Batavia pisarad ehk Bologna kolvid, aga ka prints Ruperti tilgad on karastatud klaasist karastatud tilgad, millel on ülimalt vastupidavad omadused. Inglismaale tõi need 17. sajandi keskel Pfalzi prints Rupert. Samal ajal äratasid nad teadlaste suurt tähelepanu.

17095 1 4 18

Tõenäoliselt olid sellised klaasipiisad klaasipuhujatele teada juba ammusest ajast, kuid teadlaste tähelepanu äratasid nad üsna hilja: kuskil 17. sajandi keskel. Need ilmusid Euroopas (erinevatel allikatel Hollandis, Taanis või Saksamaal). "Pisarate" valmistamise tehnoloogiat hoiti saladuses, kuid see osutus väga lihtsaks.

Kui lasete sulaklaasi külma vette, saate kullekujulise pika kõvera sabaga tilga. Samal ajal on tilk erakordse tugevusega: selle “pead” saab haamriga lüüa ja see ei purune. Kui aga saba murda, puruneb tilk koheselt väikesteks kildudeks.

Kiirfotograafia abil salvestatud kaadrid näitavad, et “plahvatuse” front liigub tilkhaaval suurel kiirusel: 1,2 km/s, mis on heli kiirusest pea 4 korda suurem.

Kiire jahutamise tulemusena tekib klaasitilk tugevaid sisepingeid, mis põhjustab selliseid kummalisi omadusi. Tilga välimine kiht jahtub nii kiiresti, et klaaskonstruktsioonil pole aega uuesti üles ehitada. Südamik venitatakse ja välimine kiht surutakse kokku. Samamoodi saadakse karastatud klaas - sellel pole aga seda saba, mille puhul on võimalik kest nii lihtsalt ära murda.