Üvegkönnyek. Érdekes tulajdonsága Rupert herceg cseppjének (videó). Rupert cseppjei innen származnak...

Rupert herceg foltja úgy néz ki, mint egy újonc üvegfúvó által megalkotott üvegebihal, de annyira szívós, hogy még kalapáccsal sem lehet eltörni. Azonban elég enyhén ráütni a "farkára", és porrá omlik. A tudósok közel 400 éve próbálják megtalálni az ilyen megmagyarázhatatlan tulajdonságok okát, és most a Cambridge-i Egyetem és az észt Tallinni Műszaki Egyetem kutatócsoportja végre választ kapott.

Rupert herceg Bataviai könnyei vagy cseppjei először a 17. században jelentek meg, és akkor vált híressé, amikor Rupert bajor herceg öt ilyen apróságot ajándékozott II. Károly angol királynak. 1661-ben a Royal Society elé terjesztették őket tanulmányozásra, azonban a csaknem négy évszázados kutatás ellenére csak most találtak magyarázatot furcsa tulajdonságaikra. A cseppek olvadt üvegből készülnek, nagy hőtágulási együtthatóval, és hideg vízbe merítik. Az olvadt üveg azonnal megszilárdul a jellegzetes csepp alakban.

Rupert herceg cseppjeinek tanulmányozásához a tudósok olyan technikát alkalmaztak, amelyben egy átlátszó 3D objektumot helyeznek egy merülőfürdőbe úgy, hogy a polarizált fény áthaladjon rajta. A fény polarizációjának változása egy objektumon belül a feszültségvonalaknak felel meg. A tallinni és cambridge-i fizikusok korábbi, 1994-ben végzett munkája egy csepp közel egymillió képkocka/másodperc sebességű felrobbanásának filmfelvétele volt. A videón látható, hogy a "farok" sérülése után a repedések cseppenként terjednek, körülbelül 6500 kilométeres óránkénti sebességgel.

Egy új tanulmány kimutatta, hogy az üveg nyomófeszültsége a csepp "fejében" körülbelül 50 tonna per négyzethüvelyk, ami olyan erős, mint az acél. Ez azért történik, mert a csepp külseje gyorsabban hűl, mint a belseje. Így a csepp „fejének” közepére hatalmas nyomás nehezedik, amit nyújtással kompenzálnak.

Amíg ezek az erők egyensúlyban maradnak, a leesés nagyon erős, és jelentős terhelésnek is ellenáll. De ha a „farok” megsérül, ez az egyensúly megbomlik, és sok apró repedés terjed a tengelyével párhuzamosan. Olyan nagy sebességgel történik, hogy robbanáshoz hasonlít.

Feltételesen emeljük ki a cseppben a külső réteget és a belső magot. A csepp a felszínről lehűl, külső rétege zsugorodik és térfogata csökken, miközben a mag folyékony és forró marad.

Miután a golyó belsejében a hőmérséklet lecsökken, a mag is zsugorodni kezd. De az amúgy is kemény külső réteg ellenáll a folyamatnak. Az intermolekuláris vonzási erők segítségével szívósan tartja az atommagot, amely lehűlve nagyobb térfogatot kénytelen elfoglalni, mint ha szabadon hűlt volna.

Ennek eredményeként a külső réteg és a mag határán olyan erők lépnek fel, amelyek a külső réteget befelé húzzák, nyomófeszültségeket hoznak létre benne, a belső magot pedig kifelé, húzófeszültségeket hozva létre benne.

Ezek a feszültségek nagyon nagyok a túl gyors hűtés során. Így a ballon belső része elszakadhat a külső résztől, majd a cseppben buborék képződik.

A nagyon magas maradó feszültség szokatlan tulajdonságokat eredményez, mint például az a képesség, hogy ellenálljon egy kalapácsütésnek egy Prince Rupert ejtésének fejére anélkül, hogy megsértené annak integritását.

De ha a farok kissé sérült, akkor a csepp nagy sebességgel megsemmisül. A pusztítás 1658 méter/másodperc sebességgel történik, ami hozzávetőlegesen 5968,8 kilométer/óra.

), vagy „Dán könnyek”. Az ejtőfej hihetetlenül erős, nagyon nehéz mechanikailag összenyomással károsítani: még az erős kalapácsütések vagy a hidraulikus prés sem tesz kárt benne. De érdemes kissé megtörni a törékeny farkát, és az egész csepp egy szempillantás alatt apró darabokra törik.

Az üvegcseppnek ezt a különös tulajdonságát először a 17. században fedezték fel, vagy Dániában, vagy Hollandiában (innen ered a másik elnevezésük - Batávi könnyek), vagy Németországban (a források ellentmondásosak), és egy szokatlan apróság gyorsan elterjedt. Európa, mint egy vicces játék. A csepp a nevét az angol királyi lovasság főparancsnoka, a pfalzi Rupert, közismertebb nevén Rupert herceg tiszteletére kapta. 1660-ban a pfalzi Rupert hosszú száműzetés után visszatért Angliába, és szokatlan üvegcseppeket hozott magával, amelyeket II. Károlynak ajándékozott, aki kutatás céljából átadta őket a Londoni Királyi Társaságnak.

A csepp készítésének technológiáját sokáig titokban tartották, de végül nagyon egyszerűnek bizonyult: olvadt üveget kell beledobni egy vödör hideg vízbe. Ebben az egyszerű technológiában rejlik a csepp erősségének és gyengeségének titka. A külső üvegréteg gyorsan megszilárdul, térfogata csökken, és nyomást kezd gyakorolni a még folyékony magra. Amikor a belső rész is lehűl, a mag zsugorodni kezd, de ezt most ellensúlyozza a már megfagyott külső réteg. Az intermolekuláris vonzási erők segítségével tartja a lehűlt magot, amely most nagyobb térfogatot kénytelen elfoglalni, mintha szabadon hűlt volna. Ennek eredményeként a külső és a belső réteg határán ellentétes erők lépnek fel, amelyek a külső réteget befelé húzzák, és nyomófeszültség jön létre benne, a belső mag pedig kifelé, húzófeszültséget képezve. Ilyenkor a belső rész akár el is szakadhat a külsőtől, majd a cseppben buborék képződik. Ez az ellentét erősebbé teszi a cseppet, mint az acél. De ha ennek ellenére a felülete a külső réteg letörése miatt megsérül, a rejtett feszítőerő felszabadul, és a sérülés helyéről a teljes cseppen egy gyors pusztulási hullám söpör végig. Ennek a hullámnak a sebessége 1,5 km/s, ami ötször gyorsabb, mint a Föld légkörében uralkodó hangsebesség.

Ugyanez az elv érvényesül az edzett üveg gyártásánál is, amelyet például járművekben használnak. Az ilyen üvegnek a megnövekedett szilárdság mellett komoly biztonsági előnye is van: sérüléskor sok apró, tompa szélű darabra törik. A közönséges „nyers” üveg nagy, éles szilánkokra törik, amelyek súlyosan megsérülhetnek. Az autóiparban az edzett üveget oldalsó és hátsó ablakokhoz használják. Az autók szélvédője többrétegű (triplex): két vagy több réteget összeragasztanak egy polimer fóliával, amely ütközéskor megtartja a szilánkokat és megakadályozza, hogy szétrepüljenek.

Veronika Samotskaya

A Batavian könnyek vagy a bolognai lombik, valamint a Prince Rupert cseppjei rendkívül tartós tulajdonságokkal rendelkező edzett üvegcseppek. Rupert pfalzi herceg hozta őket Angliába a 17. század közepén. Ugyanakkor felkeltették a tudósok figyelmét.

17095 1 4 18

Valószínűleg az ilyen üvegcseppeket ősidők óta ismerték az üvegfúvók, de meglehetősen későn keltették fel a tudósok figyelmét: valahol a 17. század közepén. Európában (különböző források szerint Hollandiában, Dániában vagy Németországban) jelentek meg. A "könnyek" készítésének technológiáját titokban tartották, de kiderült, hogy nagyon egyszerű.

Ha hideg vízbe olvadt üveget ejtesz, egy ebihal alakú cseppet kapsz, hosszú, ívelt farokkal. A cseppnek ugyanakkor kivételes erőssége van: kalapáccsal üthető a „feje”, és nem törik el. De ha eltöri a farkát, a csepp azonnal apró darabokra törik.

A nagysebességű fényképezéssel rögzített képkockákon látható, hogy a „robbanás” front cseppenként, nagy sebességgel mozog: 1,2 km/s, ami közel 4-szerese a hangsebességnek.

A gyors lehűlés következtében az üvegcsepp erős belső feszültségeket szenved, ami ilyen furcsa tulajdonságokat okoz. A csepp külső rétege olyan gyorsan lehűl, hogy az üvegszerkezetnek nincs ideje újjáépíteni. A magot megnyújtják, a külső réteget összenyomják. Hasonlóképpen edzett üveget is kapunk - ennek azonban nincs olyan farka, aminek a héját olyan könnyen el lehet törni.