Stikla asaras. Interesants prinča Rūperta piliena īpašums (video). Rūperta pilieni nāk no...

Prinča Rūperta lāse izskatās pēc stikla kurkuļa, ko radījis iesācējs stikla pūtējs, taču tas ir tik izturīgs, ka to nevar salauzt pat ar āmuru. Tomēr pietiek ar vieglu sitienu viņai pa "asti", un viņa sabirst pulverī. Zinātnieki ir mēģinājuši atrast šādu neizskaidrojamu īpašību cēloni gandrīz 400 gadus, un tagad Kembridžas Universitātes un Tallinas Tehnoloģiju universitātes Igaunijā pētnieku komanda beidzot ir saņēmusi atbildi.

Prinča Rūperta Batavijas asaras vai lāses pirmo reizi parādījās 17. gadsimtā un kļuva slavenas, kad Bavārijas princis Rūperts Anglijas karalim Kārlim II uzdāvināja piecus no šiem niekiem. Tie tika iesniegti Karaliskajai biedrībai pētīšanai 1661. gadā, tomēr, neskatoties uz gandrīz četrus gadsimtus ilgus pētījumus, izskaidrojums to dīvainajām īpašībām ir atrasts tikai tagad. Pilieni ir izgatavoti no kausēta stikla ar augstu termiskās izplešanās koeficientu un tiek iegremdēti auksta ūdens traukā. Izkausēts stikls uzreiz sacietē raksturīgā piliena formā.

Lai pētītu prinča Rūperta pilienus, zinātnieki izmantoja paņēmienu, kad caurspīdīgs 3D objekts tiek ievietots iegremdēšanas vannā, lai caur to izietu polarizēta gaisma. Gaismas polarizācijas izmaiņas objektā atbilst sprieguma līnijām. Iepriekšējais Tallinas un Kembridžas fiziķu darbs, kas tika veikts tālajā 1994. gadā, ietvēra pilītes eksplozijas filmēšanu ar ātrumu gandrīz miljons kadru sekundē. Video redzams, kā pēc "astes" bojājumiem plaisas izplatās pa pilienam ar ātrumu aptuveni 6500 kilometri stundā.

Jauns pētījums parādīja, ka stikla spiedes spriegumi piliena "galvā" ir aptuveni 50 tonnas uz kvadrātcollu, kas padara to tikpat izturīgu kā tēraudu. Tas notiek tāpēc, ka piliena ārpuse atdziest ātrāk nekā iekšpuse. Tādējādi uz piliena “galvas” centru tiek pielikts milzīgs spiediens, ko kompensē stiepšanās.

Kamēr šie spēki ir līdzsvarā, kritums ir ļoti spēcīgs un var izturēt ievērojamas slodzes. Bet, ja “aste” ir bojāta, šis līdzsvars tiek traucēts, un daudzas mazas plaisas izplatās paralēli tās asij. Tas notiek tik lielā ātrumā, ka atgādina sprādzienu.

Nosacīti izdalīsim pilienu ārējo slāni un iekšējo serdi. Piliens tiek atdzesēts no virsmas, un tā ārējais slānis saraujas un samazinās, kamēr kodols paliek šķidrs un karsts.

Pēc tam, kad temperatūra bumbiņas iekšpusē pazeminās, arī kodols sāks sarukt. Bet jau tā cietais ārējais slānis pretosies procesam. Ar starpmolekulāro pievilkšanas spēku palīdzību viņš neatlaidīgi notur kodolu, kas, atdzisis, ir spiests ieņemt lielāku tilpumu nekā tad, ja tas būtu brīvi atdzisis.

Rezultātā uz robežas starp ārējo slāni un serdi rodas spēki, kas velk ārējo slāni uz iekšu, radot tajā spiedes spriegumus, bet iekšējo serdi uz āru, radot tajā stiepes spriegumus.

Pārāk straujas dzesēšanas laikā šie spriegumi ir ļoti augsti. Tātad balona iekšējā daļa var atdalīties no ārējās daļas, un tad pilē veidojas burbulis.

Ļoti liels atlikušais spriegums rada neparastas īpašības, piemēram, spēju izturēt āmura sitienu pa Prince Rupert kritiena galvu, nesalaužot tā integritāti.

Bet, ja aste ir nedaudz bojāta, tad piliens tiek iznīcināts lielā ātrumā. Iznīcināšana notiek ar ātrumu 1658 metri sekundē, kas ir aptuveni 5968,8 kilometri stundā.

), jeb "Dānijas asaras". Nolaižamā galva ir neticami spēcīga, to mehāniski bojāt ar kompresiju ir ļoti grūti: pat spēcīgi āmura sitieni vai hidrauliskā prese tai nekaitē. Bet ir vērts nedaudz salauzt trauslo asti, un viss piliens acs mirklī saplīsīs mazos fragmentos.

Šī dīvainā stikla lāses īpašība pirmo reizi tika atklāta 17. gadsimtā vai nu Dānijā, vai Holandē (tātad cits nosaukums - Batavijas asaras), vai Vācijā (avoti ir pretrunīgi), un neparasts sīkums ātri izplatījās visā pasaulē. Eiropa kā smieklīga rotaļlieta. Piliens savu nosaukumu ieguvis par godu Anglijas karaliskās kavalērijas virspavēlniekam Rupertam no Pfalcas, ko tautā dēvē par princi Rūpertu. 1660. gadā Ruperts no Pfalcas pēc ilgas trimdas atgriezās Anglijā un atnesa sev līdzi neparastus stikla pilienus, kurus uzdāvināja Kārlim II, kurš tos nodeva pētniecībai Londonas Karaliskajai biedrībai.

Piliena pagatavošanas tehnoloģija ilgu laiku tika turēta noslēpumā, taču galu galā tā izrādījās ļoti vienkārša: vienkārši iemetiet izkausētu stiklu auksta ūdens spainī. Šajā vienkāršajā tehnoloģijā slēpjas piliena spēka un vājuma noslēpums. Stikla ārējais slānis ātri sacietē, samazinās tilpums un sāk izdarīt spiedienu uz vēl šķidro serdi. Kad arī iekšējā daļa atdziest, serde sāk sarukt, bet tagad tam pretojas jau sasalušais ārējais slānis. Ar starpmolekulāro pievilkšanas spēku palīdzību tas notur atdzisušo kodolu, kas tagad ir spiests aizņemt lielāku tilpumu nekā tad, ja tas būtu brīvi atdzisis. Rezultātā uz ārējā un iekšējā slāņa robežas rodas pretēji spēki, kas velk ārējo slāni uz iekšu, un tajā veidojas spiedes spriegums, bet iekšējā serdeņa - uz āru, veidojot stiepes spriegumu. Šajā gadījumā iekšējā daļa var pat atdalīties no ārējās, un tad pilē veidojas burbulis. Šī pretestība padara pilienu stiprāku par tēraudu. Bet, ja tomēr tā virsma tiek bojāta, pārraujot ārējo slāni, slēptais spriedzes spēks tiks atbrīvots, un no bojājuma vietas pa visu pilienu noslīdēs straujš iznīcināšanas vilnis. Šī viļņa ātrums ir 1,5 km/s, kas ir piecas reizes lielāks par skaņas ātrumu Zemes atmosfērā.

Tas pats princips ir pamatā rūdītā stikla ražošanai, ko izmanto, piemēram, transportlīdzekļos. Papildus palielinātajai izturībai šādam stiklam ir nopietna drošības priekšrocība: sabojājot, tas saplīst daudzos mazos gabaliņos ar neasām malām. Parasts “neapstrādāts” stikls saplīst lielās asās lauskas, kas var jūs nopietni ievainot. Rūdīts stikls automobiļu rūpniecībā tiek izmantots sānu un aizmugurējiem logiem. Automašīnu vējstikls ir izgatavots daudzslāņu (triplekss): divi vai vairāki slāņi ir salīmēti kopā ar polimēru plēvi, kas pēc trieciena notur lauskas un neļauj tiem izlidot.

Veronika Samotskaja

Batavijas asaras jeb Boloņas kolbas, kā arī prinča Ruperta pilieni ir rūdīta stikla pilieni ar īpaši izturīgām īpašībām. Tos uz Angliju atveda Pfalcas princis Rūperts 17. gadsimta vidū. Tajā pašā laikā tie piesaistīja lielu zinātnieku uzmanību.

17095 1 4 18

Visticamāk, šādas stikla lāses stikla pūtējiem bija zināmas no neatminamiem laikiem, taču zinātnieku uzmanību tie piesaistīja diezgan vēlu: kaut kur 17. gadsimta vidū. Tie parādījās Eiropā (saskaņā ar dažādiem avotiem, Holandē, Dānijā vai Vācijā). "Asaru" pagatavošanas tehnoloģija tika turēta noslēpumā, taču tā izrādījās ļoti vienkārša.

Ja aukstā ūdenī nometat kausētu stiklu, jūs iegūstat kurkuļa formas pilienu ar garu, izliektu asti. Tajā pašā laikā kritumam ir izcils spēks: tā “galvu” var sist ar āmuru, un tas neplīsīs. Bet, ja nolauž asti, piliens acumirklī saplīst mazos lauskas.

Ar ātrgaitas fotografēšanu uzņemtie kadri liecina, ka “sprādziena” fronte pilienu pa pilienam kustas lielā ātrumā: 1,2 km/s, kas ir gandrīz 4 reizes lielāks par skaņas ātrumu.

Straujas dzesēšanas rezultātā stikla piliens piedzīvo spēcīgus iekšējos spriegumus, kas izraisa tik dīvainas īpašības. Piliena ārējais slānis atdziest tik ātri, ka stikla konstrukcijai nav laika atjaunoties. Kodols ir izstiepts, un ārējais slānis ir saspiests. Līdzīgi tiek iegūts rūdīts stikls - tomēr tam nav tās astes, kam var tik viegli nolauzt čaulu.