Glass tårer. En interessant egenskap ved Prince Ruperts fall (video). Ruperts dråper kommer fra ...

Prins Ruperts klatt ser ut som en rumpetroll laget av en nybegynner glassblåser, men den er så tøff at den ikke kan knuses selv med en hammer. Det er imidlertid nok å slå henne lett på "halen", og hun smuldrer til pulver. Forskere har forsøkt å finne årsaken til slike uforklarlige egenskaper i nesten 400 år, og nå har endelig et team av forskere fra University of Cambridge og Tallinn University of Technology i Estland et svar.

Prins Ruperts bataviske tårer eller dråper dukket først opp på 1600-tallet og ble berømt da prins Rupert av Bayern presenterte fem av disse bagatellene til kong Charles II av England. De ble sendt til Royal Society for studier i 1661, men til tross for nesten fire århundrer med forskning, har man først nå funnet en forklaring på deres merkelige egenskaper. Dråpene er laget av smeltet glass med høy termisk ekspansjonskoeffisient og dyppes i et kar med kaldt vann. Smeltet glass stivner øyeblikkelig i den karakteristiske dråpeformen.

For å studere dråpene til prins Rupert brukte forskerne en teknikk der et gjennomsiktig 3D-objekt plasseres i et nedsenkningsbad slik at polarisert lys passerer gjennom det. Endringer i polarisasjonen av lys i et objekt tilsvarer spenningslinjer. Tallinn- og Cambridge-fysikernes tidligere arbeid, utført tilbake i 1994, inkluderte filming av eksplosjonen av en dråpe med en hastighet på nesten en million bilder per sekund. I videoen kan du se hvordan sprekker etter skaden på «halen» forplanter seg dråpevis med en hastighet på rundt 6500 kilometer i timen.

En ny studie har vist at trykkspenningene til glass i "hodet" på dråpen er omtrent 50 tonn per kvadrattomme, noe som gjør den like sterk som stål. Dette skjer fordi utsiden av dråpen avkjøles raskere enn innsiden. Dermed påføres et stort trykk på midten av "hodet" av dråpen, som kompenseres ved å strekke seg.

Så lenge disse kreftene forblir i balanse, er dråpen meget sterk og tåler betydelige belastninger. Men hvis "halen" er skadet, blir denne balansen forstyrret, og mange små sprekker forplanter seg parallelt med dens akse. Det skjer i så høy hastighet at det ligner en eksplosjon.

La oss betinget skille ut det ytre laget og den indre kjernen i dråpen. Dråpen avkjøles fra overflaten, og dens ytre lag krymper og avtar i volum mens kjernen forblir flytende og varm.

Etter at temperaturen inne i ballen synker, vil kjernen også begynne å krympe. Men det allerede harde ytre laget vil motstå prosessen. Ved hjelp av intermolekylære tiltrekningskrefter holder han iherdig kjernen, som etter å ha kjølt seg ned, blir tvunget til å oppta et større volum enn om den hadde avkjølt seg fritt.

Som et resultat oppstår krefter ved grensen mellom det ytre laget og kjernen, som trekker det ytre laget innover, skaper trykkspenninger i det, og den indre kjernen utover, og skaper strekkspenninger i det.

Disse spenningene er svært høye ved for rask avkjøling. Så den indre delen av ballongen kan løsrive seg fra den ytre delen, og da dannes det en boble i dråpen.

Svært høy restspenning resulterer i uvanlige egenskaper, for eksempel evnen til å tåle et hammerslag på hodet til en Prince Rupert-dråpe uten å ødelegge dens integritet.

Men hvis halen er litt skadet, blir dråpen ødelagt i stor hastighet. Ødeleggelsene skjer med en hastighet på 1658 meter per sekund, som er omtrent 5968,8 kilometer i timen.

), eller "Danske tårer". Dråpehodet er utrolig sterkt, det er veldig vanskelig å mekanisk skade det ved kompresjon: selv sterke hammerslag eller en hydraulisk presse skader det ikke. Men det er verdt å bryte den skjøre halen litt, og hele dråpen vil knuses i små fragmenter på et øyeblikk.

Denne merkelige egenskapen til en glassdråpe ble først oppdaget på 1600-tallet, enten i Danmark eller i Holland (derav et annet navn for dem - Bataviske tårer), eller i Tyskland (kildene er motstridende), og en uvanlig liten ting spredte seg raskt utover Europa som et morsomt leketøy. Dråpen fikk navnet sitt til ære for den øverstkommanderende for det engelske kongelige kavaleriet, Rupert av Pfalz, populært kjent som prins Rupert. I 1660 vendte Rupert fra Pfalz tilbake til England etter en lang eksil og hadde med seg uvanlige glassdråper, som han presenterte til Charles II, som overførte dem til Royal Society of London for forskning.

Teknologien for å lage dråpen ble holdt hemmelig i lang tid, men til slutt viste det seg å være veldig enkelt: bare slipp smeltet glass i en bøtte med kaldt vann. I denne enkle teknologien ligger hemmeligheten bak dråpenes styrke og svakhet. Det ytre laget av glass stivner raskt, avtar i volum og begynner å legge press på den fortsatt flytende kjernen. Når også den indre delen avkjøles, begynner kjernen å krympe, men dette motvirkes nå av det allerede frosne ytre laget. Ved hjelp av intermolekylære tiltrekningskrefter holder den den avkjølte kjernen, som nå er tvunget til å oppta et større volum enn om den hadde avkjølt seg fritt. Som et resultat oppstår motstridende krefter ved grensen mellom ytre og indre lag, som trekker det ytre laget innover, og det dannes en trykkspenning i det, og den indre kjernen utover, som danner en strekkspenning. I dette tilfellet kan den indre delen til og med bryte seg vekk fra den ytre, og da dannes det en boble i dråpen. Denne motstanden gjør dråpen sterkere enn stål. Men hvis overflaten likevel blir skadet ved å bryte det ytre laget, vil den skjulte spenningskraften frigjøres, og en rask bølge av ødeleggelse vil sveipe fra skadestedet langs hele dråpen. Hastigheten til denne bølgen er 1,5 km/s, som er fem ganger raskere enn lydhastigheten i jordens atmosfære.

Det samme prinsippet ligger til grunn for produksjon av herdet glass, som brukes for eksempel i kjøretøy. I tillegg til økt styrke har slikt glass en alvorlig sikkerhetsfordel: når det er skadet, brytes det i mange små biter med stumpe kanter. Vanlig "rå" glass knuses til store skarpe fragmenter som kan skade deg alvorlig. Herdet glass i bilindustrien brukes til side- og bakvinduer. Frontruten for biler er laget i flere lag (triplex): to eller flere lag limes sammen med en polymerfilm, som ved støt holder fragmentene og forhindrer dem i å fly fra hverandre.

Veronika Samotskaya

Bataviske tårer eller Bologna-kolber, samt dråper Prince Rupert, er herdede dråper av herdet glass med ekstremt holdbare egenskaper. De ble brakt til England av prins Rupert av Pfalz på midten av 1600-tallet. Samtidig vakte de oppmerksomhet fra forskere.

17095 1 4 18

Mest sannsynlig var slike glassdråper kjent for glassblåsere fra uminnelige tider, men de vakte oppmerksomheten til forskere ganske sent: et sted på midten av 1600-tallet. De dukket opp i Europa (ifølge forskjellige kilder, i Holland, Danmark eller Tyskland). Teknologien for å lage "tårer" ble holdt hemmelig, men det viste seg å være veldig enkelt.

Hvis du slipper smeltet glass i kaldt vann, får du en rumpetrollformet dråpe med en lang, buet hale. Samtidig har dråpen eksepsjonell styrke: "hodet" kan slås med en hammer, og det vil ikke knekke. Men hvis du bryter halen, knuses dråpen øyeblikkelig i små fragmenter.

Rammene tatt opp med høyhastighetsfotografering viser at "eksplosjons"-fronten beveger seg dråpevis med høy hastighet: 1,2 km/s, som er nesten 4 ganger høyere enn lydhastigheten.

Som et resultat av rask avkjøling opplever glassdråpen sterke indre påkjenninger, noe som gir slike merkelige egenskaper. Det ytre laget av dråpen avkjøles så raskt at glassstrukturen ikke rekker å bygge seg opp igjen. Kjernen strekkes, og det ytre laget komprimeres. Tilsvarende oppnås herdet glass - det har imidlertid ikke den halen, som det er mulig å knuse skallet for så lett.