что это такое и почему она выдерживает удар молотком / Оффтопик / iXBT Live
Для работы проектов iXBT.com нужны файлы cookie и сервисы аналитики. Продолжая посещать сайты проектов вы соглашаетесь с нашей Политикой в отношении файлов cookie
Капли принца Руперта за внешнюю схожесть также называют слезами. Капли напоминает слезинку, скатывающуюся по щеке, и оставляющую длинный след, который в данном случае является хвостиком. Особенностью капли Руперта является ее невероятная прочность: основная часть капли выдерживает сжатие плоскогубцами и удары молотком, что не характерно для стекла.
Изготовить каплю принца Руперта относительно просто. Для этого немного расплавленного стекла нужно капнуть в емкость с очень холодной водой. Если стекло не лопнет, получится капля Руперта. Стоит отметить, что лопается стекло довольно часто, на одну каплю может запросто уйти 10 попыток. В целом ничего необычного, но откуда такая прочность?
Когда расплавленное стекло попадает в резервуар с водой, его поверхность быстро остывает, почти мгновенно образуя затвердевшую оболочку вокруг жидкой внутренней части, подобно яичному белку, готовящемуся быстрее, чем желток внутри.
Основание капли может выдержать очень сильное механическое воздействие. Оно буквально останется невредимым, оказавшись между молотом и наковальней. Можно найти большое количество экспериментов, в которых капли принца Руперта кладут под гидравлический пресс, и увидеть, что некоторые из них могут выдерживать до 40 тонн. Однако выдержать выстрел из ружья она все же не способна. А разлетается капля очень красиво, при этом пуля также получает серьезные повреждения.
Основание капли очень прочное, чего нельзя сказать про хвостик. Если его повредить, то вся капля взорвется, потому что напряжение и сила натяжения будут сняты. И «взорваться» — действительно правильное слово, так как капля принца Руперта разлетается на мелкие кусочки, когда повреждается ее целостность.
Вы можете увидеть демонстрации капель принца Руперта во многих научных музеях и музеях стекла. Ее также можно купить в качестве сувенира. Однако это все мелочи по сравнению с тем, что капля принца Руперта по большому счету является ранним прототипом закаленного стекла, которое сейчас можно встретить повсеместно. Его используют для экранов смартфонов, посуды, автомобильных стекол и прочего. Разница заключается в отсутствии уязвимого места и возможности контролировать натяжение внутри стекла, чтобы оно не слишком сильно конкурировало с силой сжатия, отчего стекло становится еще прочнее.
Новости
Публикации
На днях мы объявили о запуске интеграции с сервисом Консоль, который упрощает работу с самозанятыми авторами. Теперь все выплаты происходят гораздо удобнее, без бумажных документов и буквально в…
Какое-то время назад мы с вами уже рассматривали мобильный ЦАП от Ивана Хлюпина, он же E1DA. Однако с тех пор проект не был заброшен и к концу 2022 года в нем, судя про всему, накопилось. ..
Космический лифт – это технология, которая может позволить людям достичь космоса без использования ракет и космических кораблей. Принцип работы космического лифта Основная идея…
Наночастицы оксида металла — вездесущие в природе и обычно используемые в качестве пищевых красителей. Согласно новому исследованию, проведенному учеными Корнелльского и Бингемтонского…
Как-то так исторически сложилось, что в современном технологичном мире победила универсальность. Уже почти у каждого простого обывателя имеется в кармане смартфон. А ведь, если вдуматься, этот…
Миллиардер Илон Маск предупредил, что неконтролируемый искусственный интеллект представляет угрозу для общества. В среду Маск, который является соучредителем OpenAI, компании, создателя нейросети…
Разрешите познакомить вас с одним из интересных свойств стекла, которое принято называть каплями (или слезами) принца Руперта. Если капнуть расплавленное стекло в холодную воду, оно застынет в форме капли с длинным тоненьким хвостиком. Из-за мгновенного охлаждения капля приобретает повышенную твердость, то есть раздавить ее не так уж и просто. Но стоит у такой стеклянной капли отломить тонкий хвост — и она тут же взорвется, рассыпая вокруг себя тончайшую стеклянную пыль. Сегодня механизм «работы» голландских слез тщательно изучен. Если расплавленное стекло попадает в холодную воду, оно быстро застывает, накапливая невероятное механическое напряжение. Условно выделим в капле наружный слой и внутреннее ядро. Капля охлаждается с поверхности, и её внешний слой поджимается и уменьшается в объеме, пока ядро остается жидким и горячим. После того как внутри шарика понизится температура, начнет сжиматься и ядро. Однако процессу станет сопротивляться уже твердый внешний слой. С помощью межмолекулярных сил притяжения он цепко удерживает ядро, которое, остыв, вынуждено занимать больший объем, чем если бы оно охладилось свободно. В следствии на границе между внешним слоем и ядром возникнут силы, тянущие внешний слой внутрь, создавая в нем напряжения сжатия, а внутреннее ядро — наружу, образуя в нем напряжения растяжения. Данные напряжения при слишком быстром охлаждении весьма значительны. Так что внутренняя часть шарика может оторваться от наружной, и тогда в капельке образовывается пузырек. Если нарушить целостность поверхностного слоя слезки, то сила напряжения незамедлительно высвободится. Сама по себе застывшая стеклянная капля весьма крепкая. Она легко выдерживает удар молотком. Однако если переломить её хвостик — она разрушается настолько стремительно, что это скорее похоже на стеклянный взрыв. Теги#физика #механика #занимательная_физика #сопромат #капля_принца_Руперта #внутренне_напряжение Похожее
Далее >>> |
Капли принца Руперта: анализ фрагментации под действием термических напряжений и закалочной грануляции стекла и пузырькового стекла
. 2022 авг 2;119(31):e2202856119.
doi: 10.1073/pnas.2202856119. Epub 2022 21 июля.
Кэтрин В. Кэшман 1 , Эмма Дж. Лю 2 , Элисон Си Руст 3
Принадлежности
- 1 Факультет наук о Земле Орегонского университета, Юджин, Орегон 97405.
- 2 Науки о Земле, Университетский колледж Лондона, Лондон, WC1E 6BS, Великобритания.
- 3 Школа наук о Земле Бристольского университета, Бристоль BS8 4YA, Соединенное Королевство.
- PMID: 35862426
- PMCID: PMC9351460
- DOI: 10.1073/пнас.2202856119
Бесплатная статья ЧВК
Кэтрин В. Кэшман и др. Proc Natl Acad Sci U S A. .
Бесплатная статья ЧВК
. 2022 авг 2;119(31):e2202856119.
doi: 10.1073/pnas.2202856119. Epub 2022 21 июля.
Авторы
Кэтрин В. Кэшман 1 , Эмма Дж. Лю 2 , Элисон Си Руст 3
Принадлежности
- 1 Факультет наук о Земле Орегонского университета, Юджин, Орегон 97405.
- 2 Науки о Земле, Университетский колледж Лондона, Лондон, WC1E 6BS, Великобритания.
- 3 Школа наук о Земле Бристольского университета, Бристоль BS8 4YA, Соединенное Королевство.
- PMID: 35862426
- PMCID: PMC9351460
- DOI: 10.1073/пнас.2202856119
Абстрактный
Когда извержения вулканов связаны с взаимодействием с внешней водой (гидровулканизм), результатом является богатый пеплом и энергичный вулканический шлейф, о чем ярко свидетельствует извержение на Тонге в январе 2022 года. Происхождение взрывной энергии этих событий остается важным вопросом. Мы изучаем этот вопрос, изучая Капли принца Руперта (PRD) — стеклянные шарики в форме головастиков, образованные капанием расплавленного стекла в воду, — которые долгое время очаровывали материаловедов, потому что огромная сила головы контрастирует с взрывоопасностью метастабильной внутренней части, когда хвост сломан. Мы показываем, что распределение осколков по размерам (FSD), вызванное фрагментацией взрывчатого вещества, систематически изменяется при фрагментации PRD в воздухе, воде и сиропе. Большинство FSD являются фрактальными в большей части диапазона размеров, масштабирование которых можно объяснить повторяющейся бифуркацией перелома, наблюдаемой на трехмерных изображениях, полученных с помощью микрокомпьютерной томографии. Формы составляющих фрагментов определяются их положением в пределах исходного ПРД, при этом пластинчатые фрагменты образуются из внешней (сжимающей) оболочки, а глыбовые фрагменты образованы трещинами, перпендикулярными внутренним пустотам. Когда расплавленные капли не могут сформировать PRD, стекло распадается за счет закалки грануляции, процесса, который создает фрактальные FSD, но с большим средним размером, чем осколки, образованные взрывом. Важно отметить, что добавление пузырьков к расплавленному стеклу предотвращает образование PRD и способствует закалке грануляции, предполагая, что грануляция модулируется гетерогенными полями напряжения, образующимися вокруг пузырьков во время внезапного охлаждения и сжатия. Вместе эти наблюдения дают представление о фрагментации стекла и, возможно, о процессах, происходящих во время гидровулканизма.
Ключевые слова: Капли принца Руперта; фрагментация; стекло.
Заявление о конфликте интересов
Заявление о конкурирующих интересах: Рецензент М.М. и автор К.В.Ц. были соавторами обзорной статьи, опубликованной в Nature Communications: в 2018 г.: М. Кэссиди, М. Манга, К. Кэшман, О. Бахманн, Контроль взрывно-эффузивных стилей вулканических извержений. Сообщество природы DOI: 10.1038/s41467-018-05293-3. 9, 2893 (2018).
Цифры
Рис. 1.
От Гука (1665) Микрография . …
Рис. 1.
Из Hooke’s (1665) Micrographia . Обратите внимание на внутренние пузырьки в маленькой капле…
Рисунок 1.От Гука (1665) Микрография . Обратите внимание на внутренние пузырьки в небольшой капле на слева , а также на конические трещины, выявленные в поперечном сечении (рис. Y ) и пересечение этих трещин с поверхностью PRD с образованием кольцевых трещин (рис. X). ). Воспроизведено с разрешения Королевского общества.
Рис. 2.
Микроскопические изображения малых PRD…
Рис. 2.
Микроскопические изображения малых PRD. A и B представляют собой бинокулярные изображения пузырьков с…
Рис. 2.Микроскопические изображения малых PRD. A и B представляют собой бинокулярные изображения PRD с пузырьками ( A ) и без пузырьков ( B ). C – F представляют собой кросс-поляризованные изображения малых PRD, полученные путем фотографирования через полароидные листы. ( C ) Цвета поляризационной интерференции в PRD, в котором отсутствует внутренняя пустота. ( D – F ) Искажение поля напряжения (показанное как искажение полос поляризации), вызванное ( D ) одиночным пузырем в головке, ( E ) множеством пузырьков в головке и ( F ) множественные пузыри в хвосте.
Рис. 3.
Осевые напряжения внутри ПРД…
Рис. 3.
Осевые напряжения внутри PRD иллюстрируют большие сжимающие напряжения (отрицательные) вдоль…
Рис. 3.Осевые напряжения внутри PRD иллюстрируют большие сжимающие напряжения (отрицательные) вдоль внешней поверхности капли и большие растягивающие напряжения (положительные) внутри капли. Области, заштрихованные серым цветом, показывают толщину сжимающих слоев. Адаптировано из исх. .
Рис. 4.
PRD FSD. ( А )…
Рис. 4.
PRD FSD. ( A ) Большие (∼20 г) PRD. Цвета обозначают среды…
Рис. 4.PRD FSD. ( A ) Большие (∼20 г) PRD. Цвета обозначают среды дробления (воздух, вода, сироп) для взрывоопасных частиц; каждая линия представляет собой одну фрагментированную частицу. FSD, созданные закалочной грануляцией как чистого (оранжевого), так и пузырькового (красного) расплава, представляют собой объединенные фрагменты для экспериментов закалочной грануляции. ( B ) FSD для малых (∼1 г) PRD (та же цветовая схема, что и для больших PRD) и результаты эксперимента с гелем для волос µCT, где измерения объема фрагментов ( V ) преобразуются в эффективный размер сита ( L ) с кубами ( L = V 1/3 ) или пластинами [ L = (5 × V ) 1/3 ]. ( C и D ) Фрактальный анализ осколков стекла, разделенных на две группы—( C ) PRD, разрушенные взрывом на воздухе или в сиропе, и ( D ) PRD, разрушенные взрывом в воде и на фрагменты, полученные путем закалки грануляцией пузырьковых и беспузырьковых образцов. ( E ) FSD, основанные на распределении плотности образцов, раздробленных взрывом в воздухе и сиропе. Кривая, подобранная для наиболее линейного сиропа FSD, дает наклон, используемый для расчета преобладающего размера L D . ( F ) FSD для данных микроКТ, построенных как в виде экспоненциального распределения, так и в виде гистограммы для иллюстрации бимодальности.
Рис. 5.
Реконструированные изображения поперечного сечения с помощью микроКТ…
Рис. 5.
Изображения поперечных сечений объемов, реконструированных с помощью микроКТ. ( A – C ) PRD с эпоксидным покрытием…
Рис. 5.Изображения поперечных сечений объемов, реконструированных с помощью микроКТ. ( A – C ) PRD в эпоксидном корпусе. ( A ) Продольный разрез PRD2 с одним внутренним пузырем. ( B ) Продольный разрез PRD3 с множественными пузырьками. ( C ) Горизонтальный разрез PRD2 ( Приложение SI , рис. S2). ( D – F ) PRD4 в гелевой оболочке. ( D ) Продольный разрез. ( E ) Вид на внешнюю поверхность. ( F ) Горизонтальный разрез. Красные стрелки указывают направление распространения трещины. Белыми стрелками отмечены радиальные перпендикулярные трещины, связанные с внутренними пузырьками. Желтые стрелки показывают острое ветвление. Бирюзовыми стрелками показано косое ветвление. Розовыми стрелками показаны пересечения трещин с внешним видом PRD. ( G ) Рендеринг отдельных фрагментов PRD4, заключенного в карбопол. Обратите внимание на резкое изменение формы внутренних блочных фрагментов вокруг внутренней полости и окружающих пластинчатых фрагментов. Меньшие фрагменты можно увидеть везде, где пересекаются трещины. ( H ) Количественная оценка формы фрагментов с использованием двумерных (почти горизонтальных) поперечных сечений микроКТ. Здесь мы используем осевое отношение (короткая ось/длинная ось, где значение, равное единице, представляет собой полностью извилистую форму) для измерения удлинения и прочности (площадь фрагмента/площадь выпуклой оболочки, где значение, равное единице, представляет собой полностью выпуклую форму, например, круг) для измерения шероховатости; цветовая шкала показывает радиальное расстояние центра тяжести фрагмента относительно центра капли. Обратите внимание, в частности, на низкое осевое отношение для частиц с большими радиальными расстояниями (фрагменты внешних пластин).
Рис. 6.
Сводная информация о размере PRD и…
Рис. 6.
Сводка данных о размере и форме PRD. ( A ) Изменение медианы…
Рис. 6.Сводка данных о размере и форме PRD. ( A ) Изменение среднего размера фрагмента в зависимости от размера PRD (маленький или большой) и условий фрагментации. Медианный размер зерна увеличивается (снижается эффективность фрагментации) с увеличением вязкости вмещающей среды; диапазон геля для волос показывает влияние различных предположений о форме фрагмента. Закалочная грануляция расплавленного стекла без пузырьков дает самые крупные фрагменты; при взрывной осколочной нагрузке в воздухе образуются мельчайшие осколки. Большие PRD производят более крупные срединные фрагменты, чем маленькие PRD. Закалочная грануляция пузырькового расплава приводит к образованию фрагментов с ограниченным диапазоном размеров, которые, как мы предполагаем, контролируются расстоянием между пузырьками в расплаве. ( B ) Эскиз, иллюстрирующий взаимосвязь между формой фрагмента и его расположением. AR, соотношение сторон; Соль, твердость; rad dist, радиальное расстояние (измерения цвета и формы, как показано на рис. 5 H ).
См. это изображение и информацию об авторских правах в PMC
Похожие статьи
Взрывная фрагментация капель принца Руперта приводит к четко определенным размерам фрагментов.
Коой С., Ван Дален Г., Молинари Дж. Ф., Бонн Д. Коой С. и др. Нац коммун. 2021 4 мая; 12 (1): 2521. doi: 10.1038/s41467-021-22595-1. Нац коммун. 2021. PMID: 33947855 Бесплатная статья ЧВК.
Успешное дренирование экстрадурального абсцесса в 1667 году: трепанация принца Руперта.
Мартин Г. Мартин Г. Бр Дж. Нейрохирург. 1989;3(2):211-6. дои: 10.3109/0268869890
- 96. Бр Дж. Нейрохирург. 1989. PMID: 2679688
Извержение вулкана Латеики (Отмель Метис), Тонга, 2019-2020 гг.
Йео И.А., Макинтош И.М., Брайан С.Е., Тани К., Данбабин М., Мец Д., Коллинз П.С., Стоун К., Ману М.С. Йео И.А. и соавт. Научный представитель 2022 г. 6 мая; 12 (1): 7468. doi: 10.1038/s41598-022-11133-8. Научный представитель 2022. PMID: 35523824 Бесплатная статья ЧВК.
Деформационная фрагментация магмы при эксплозивных извержениях.
Папале П. Папале П. Природа. 1999 г., 4 февраля; 397(6718):425-428. дои: 10.1038/17109. Природа. 1999. PMID: 29667961
Вулканическая активность: обзор для медицинских работников.
Newhall CG, Fruchter JS. Ньюхолл К.Г. и соавт. Am J Общественное здравоохранение. 1986 март; 76 (3 Дополнение): 10-24. doi: 10.2105/ajph.76.suppl.10. Am J Общественное здравоохранение. 1986. PMID: 3946726 Бесплатная статья ЧВК.
Посмотреть все похожие статьи
Цитируется
Профиль Кэтрин В. Кэшман.
Хардкасл М. Хардкасл М. Proc Natl Acad Sci U S A. 2022 Aug 2;119(31):e2210776119. doi: 10.1073/pnas.2210776119. Epub 2022 18 июля. Proc Natl Acad Sci U S A. 2022. PMID: 35858380 Бесплатная статья ЧВК. Аннотация недоступна.
Рекомендации
- Brodsley L., Frank F.C., Steeds J.W., капли принца Руперта. Примечания Рек. Р. Соц. Лонд. 41, 1–26 (1986).
- Роос А.М., Томас Филипот и химические теории приливов и отливов в Англии семнадцатого века. Амбикс 48, 125–136 (2001).
- Добре М., О стеклянных каплях: тематическое исследование взаимодействия экспериментов и объяснений в натурфилософии семнадцатого века. J. Ранний мод. Стад. (Букур.) 1, 105–124 (2013).
- Джонсон В. , Чандрасекар С., Стеклянные капли Руперта: измерения остаточного напряжения, расчеты и гипотезы для объяснения распадающегося разрушения. Дж. Матер. Процесс. Технол. 31, 413–440 (1992).
- Блесс С., Волны разрушения и их возможная роль в определении стойкости стекла к пробиванию. Междунар. Дж. Заявл. Керам. Технол. 7, 400–408 (2010).
Грантовая поддержка
- Профессорство/Исследовательский фонд AXA (AXA)
- Премия Вольфсона за заслуги / Фонд Вольфсона (Фонд Вольфсона)
Беги медленно | Капли принца Руперта
Потоковое + Скачать
Включает неограниченную потоковую передачу через бесплатное приложение Bandcamp, а также высококачественную загрузку в формате MP3, FLAC и других форматах.
Можно приобрести с подарочной картой
$7 доллар США или больше
Кассета ограниченного выпуска
Кассета + цифровой альбом
Желтый корпус кассеты. Сделано всего 100.
Включает неограниченную потоковую передачу Run Slow через бесплатное приложение Bandcamp, а также высококачественную загрузку в форматах MP3, FLAC и других форматах.
Продано
«Это хорошо настоянная чашка грибного чая, наполненная рваными гитарами, дрон-аутами и достаточным количеством мелодий, чтобы заинтересовать натуралов. Вы можете транслировать все это ниже.» — Бруклинский веган
«…песни Prince Rupert’s Drops так изысканно сочетаются друг с другом, образуя альбом, который может похвастаться чрезвычайно приятным для слуха равновесием, равными частями психоделической силы и фолковой хрупкости, баллады, сливающейся с крутизной. Песни длинные и короткие, с мужской и женский вокал сливаются воедино таким образом, что удается нарисовать звуковую сцену легкой симметрии» — Revolt of the Apes
По настоянию оригинального басиста Брэда Труакса (Home, Broke Revue Дэна Мельхиора, Интерпол и многие другие) в 2005 году в Бруклине была сформирована довольно скрытная группа Prince Rupert’s Drops, состоящая из известного художника-комиксиста Лесли Штейна (гитара , вокс), бывший сотрудник Broke Revue Бруно Мейрик-Джонс (гитара, вокс) и бывший Osprey Стив МакГирл (ударные, перкуссия). Вскоре группу стали сравнивать с такими, как The Groundhogs & Captain Beefheart — звук, который быстро развивался и расширялся, чтобы приспособиться к новым стилям написания песен каждого участника. После ухода Брэда в 2008 году, чтобы сосредоточиться на организации высококлассных туров, к группе присоединился давний друг и талантливый басист Чад Лэрд (Land of Tomorrow, Jantar), тем самым добавив еще один мощный цилиндр к двигателю написания песен.