Cam gözyaşları. Prens Rupert'ın düşüşünün ilginç bir özelliği (video). Rupert'ın damlaları...

Prens Rupert'ın lekesi acemi bir cam üfleyici tarafından yapılmış bir cam iribaşa benziyor ama o kadar sağlam ki çekiçle bile kırılamıyor. Ancak, "kuyruğuna" hafifçe vurmak yeterlidir ve toz haline gelir. Bilim adamları yaklaşık 400 yıldır bu tür açıklanamayan niteliklerin nedenini bulmaya çalışıyorlar ve şimdi Estonya'daki Cambridge Üniversitesi ve Tallinn Teknoloji Üniversitesi'nden bir araştırma ekibi nihayet bir cevaba sahip.

Prens Rupert'in Batavia gözyaşları veya damlaları ilk olarak 17. yüzyılda ortaya çıktı ve Bavyera Prensi Rupert'in bu önemsiz şeylerden beşini İngiltere Kralı II. Charles'a sunmasıyla ünlendi. 1661'de Kraliyet Cemiyeti'ne incelenmek üzere gönderildiler, ancak neredeyse dört yüzyıldır süren araştırmalara rağmen, tuhaf niteliklerinin bir açıklaması ancak şimdi bulundu. Damlalar, yüksek termal genleşme katsayısına sahip erimiş camdan yapılır ve bir soğuk su kabına daldırılır. Erimiş cam karakteristik damla şeklinde anında katılaşır.

Prens Rupert'in damlalarını incelemek için bilim adamları, içinden polarize ışığın geçmesi için şeffaf bir 3B nesnenin bir daldırma banyosuna yerleştirildiği bir teknik kullandılar. Bir nesne içindeki ışığın polarizasyonundaki değişiklikler voltaj hatlarına karşılık gelir. Tallinn ve Cambridge fizikçilerinin 1994 yılında gerçekleştirilen önceki çalışmaları, saniyede neredeyse bir milyon kare hızında bir damlacığın patlamasını filme almayı içeriyordu. Videoda, "kuyruk" hasarından sonra çatlakların saatte yaklaşık 6.500 kilometre hızla nasıl damla damla yayıldığını görebilirsiniz.

Yeni bir çalışma, camın damlanın "başındaki" basınç gerilmelerinin inç kare başına yaklaşık 50 ton olduğunu ve bunun da onu çelik kadar güçlü kıldığını göstermiştir. Bunun nedeni, damlanın dışının içeriden daha hızlı soğumasıdır. Böylece damlanın "başının" merkezine, gerilerek telafi edilen büyük bir basınç uygulanır.

Bu kuvvetler dengede kaldığı sürece düşme çok güçlüdür ve önemli yüklere dayanabilir. Ancak “kuyruk” zarar görürse bu denge bozulur ve birçok küçük çatlak eksenine paralel olarak ilerler. O kadar yüksek bir hızda oluyor ki bir patlamaya benziyor.

Damladaki dış katmanı ve iç çekirdeği koşullu olarak ayıralım. Damlacık yüzeyden soğutulur ve dış tabakası büzülür ve hacmi azalırken çekirdek sıvı ve sıcak kalır.

Topun içindeki sıcaklık düştükten sonra çekirdek de büzülmeye başlar. Ancak zaten sert olan dış katman, sürece direnecektir. Moleküller arası çekim kuvvetlerinin yardımıyla, soğuduktan sonra serbestçe soğuduğundan daha büyük bir hacmi işgal etmeye zorlanan çekirdeği inatla tutar.

Sonuç olarak, dış tabaka ile çekirdek arasındaki sınırda kuvvetler ortaya çıkar, dış tabakayı içe doğru çeker, içinde sıkıştırma gerilmeleri oluşturur ve iç çekirdeği dışa doğru çekme gerilmeleri oluşturur.

Bu gerilimler, çok hızlı soğuma sırasında çok yüksektir. Böylece balonun iç kısmı dış kısmından kopabilir ve ardından damlacıkta bir baloncuk oluşabilir.

Çok yüksek artık gerilim, Prince Rupert'in kafasına bir çekiç darbesine bütünlüğünü bozmadan dayanma yeteneği gibi olağandışı niteliklerle sonuçlanır.

Ancak kuyruk biraz hasar görürse, düşüş büyük bir hızla yok edilir. İmha, saatte yaklaşık 5968,8 kilometre olan saniyede 1658 metre hızla gerçekleşir.

) veya "Danimarka gözyaşları". Düşen kafa inanılmaz derecede güçlüdür, sıkıştırarak mekanik olarak hasar vermek çok zordur: güçlü çekiç darbeleri veya hidrolik pres bile ona zarar vermez. Ancak kırılgan kuyruğu hafifçe kırmaya değer ve tüm damla göz açıp kapayıncaya kadar küçük parçalara ayrılacaktır.

Bir cam damlanın bu ilginç özelliği ilk olarak 17. yüzyılda Danimarka'da veya Hollanda'da (dolayısıyla onlar için başka bir isim - Batavian gözyaşları) veya Almanya'da (kaynaklar çelişkilidir) keşfedildi ve alışılmadık küçük bir şey hızla yayıldı. Komik bir oyuncak olarak Avrupa. Damla, adını İngiliz kraliyet süvarilerinin başkomutanı, halk arasında Prens Rupert olarak bilinen Pfalzlı Rupert'in onuruna aldı. 1660 yılında Pfalzlı Rupert, uzun bir sürgünden sonra İngiltere'ye döndü ve yanında, onları araştırma için Royal Society of London'a transfer eden II. Charles'a sunduğu alışılmadık cam damlaları getirdi.

Damlayı yapma teknolojisi uzun süre gizli tutuldu, ama sonunda çok basit olduğu ortaya çıktı: sadece erimiş camı bir kova soğuk suya bırakın. Bu basit teknolojide, damlanın gücünün ve zayıflığının sırrı yatıyor. Camın dış tabakası hızla katılaşır, hacmi küçülür ve hala sıvı olan çekirdeğe baskı yapmaya başlar. İç kısım da soğuduğunda, çekirdek büzülmeye başlar, ancak bu artık zaten donmuş olan dış tabaka tarafından etkisiz hale getirilir. Moleküller arası çekim kuvvetlerinin yardımıyla, şimdi serbestçe soğumuş olduğundan daha büyük bir hacmi işgal etmeye zorlanan soğutulmuş çekirdeği tutar. Sonuç olarak, dış ve iç katmanlar arasındaki sınırda, dış katmanı içe doğru çeken karşıt kuvvetler ortaya çıkar ve içinde bir sıkıştırma gerilimi ve iç çekirdekte bir çekme gerilimi oluşturarak dışa doğru oluşur. Bu durumda iç kısım dış kısımdan bile kopabilir ve ardından damlada bir baloncuk oluşur. Bu karşıtlık, düşüşü çelikten daha güçlü kılar. Ancak, yine de, dış tabaka kırılarak yüzeyi hasar görürse, gizli gerilim kuvveti serbest bırakılacak ve hızlı bir yıkım dalgası, tüm damla boyunca hasar yerinden süpürülecektir. Bu dalganın hızı 1,5 km/s'dir ve bu, Dünya atmosferindeki ses hızından beş kat daha fazladır.

Aynı prensip, örneğin araçlarda kullanılan temperli cam imalatının da temelini oluşturur. Artan mukavemete ek olarak, bu tür camların ciddi bir güvenlik avantajı vardır: hasar gördüğünde, keskin olmayan kenarları olan birçok küçük parçaya ayrılır. Sıradan "ham" cam, sizi ciddi şekilde yaralayabilecek büyük keskin parçalara ayrılır. Otomotiv endüstrisinde temperli cam yan ve arka camlar için kullanılmaktadır. Arabalar için ön cam çok katmanlı (üçlü) yapılmıştır: iki veya daha fazla katman, çarpma anında parçaları tutan ve ayrılmalarını önleyen bir polimer film ile birbirine yapıştırılır.

Veronika Samotskaya

Batavian gözyaşları veya Bologna şişeleri ve ayrıca Prince Rupert damlaları, son derece dayanıklı özelliklere sahip sertleştirilmiş temperli cam damlalarıdır. 17. yüzyılın ortalarında Pfalz Prensi Rupert tarafından İngiltere'ye getirildiler. Aynı zamanda bilim adamlarının da yakın ilgisini çekmişlerdir.

17095 1 4 18

Büyük olasılıkla, bu tür cam damlalar cam üfleyiciler tarafından çok eski zamanlardan beri biliniyordu, ancak bilim adamlarının dikkatini oldukça geç çektiler: 17. yüzyılın ortalarında bir yerde. Avrupa'da ortaya çıktılar (çeşitli kaynaklara göre, Hollanda, Danimarka veya Almanya'da). "Gözyaşı" yapma teknolojisi gizli tutuldu, ancak çok basit olduğu ortaya çıktı.

Erimiş camı soğuk suya düşürürseniz, uzun, kıvrık kuyruğu olan iribaş şeklinde bir damla elde edersiniz. Aynı zamanda, damla olağanüstü bir güce sahiptir: "kafasına" bir çekiçle vurulabilir ve kırılmaz. Ancak kuyruğu kırarsanız, damla anında küçük parçalara ayrılır.

Yüksek hızlı fotoğrafçılık kullanılarak kaydedilen kareler, "patlama" cephesinin yüksek bir hızda damla damla hareket ettiğini gösteriyor: ses hızından neredeyse 4 kat daha yüksek olan 1,2 km/s.

Hızlı soğumanın bir sonucu olarak, cam damla, bu tür garip özelliklere neden olan güçlü iç gerilimlere maruz kalır. Damlanın dış tabakası o kadar hızlı soğur ki, cam yapının yeniden inşası için zaman kalmaz. Çekirdek gerilir ve dış katman sıkıştırılır. Benzer şekilde temperli cam elde edilir - ancak kabuğun bu kadar kolay kırılmasının mümkün olduğu kuyruğu yoktur.