Капля принца Руперта — Aeroglass
Маленькие стеклянные капли с тонкими хвостиками, похожие на головастиков и обладающие невероятными прочностными характеристиками были привезены в Англию принцем Рупертом Пфальцским в середине XVII века. Головка стеклянной капли была настолько прочна, что её было практически невозможно разбить, в то же время хрупкий хвост являлся её «Ахиллесовой пятой» – стоило лишь слегка его надломить, как капля тут же взрывалась на миллион кусочков.
Скорее всего, эти необычные стеклянные капли были известны стеклодувам очень давно, однако внимание учёных они привлекли из-за своих необычных свойств именно после демонстрации принцем Рупертом.
Как были открыты эти удивительные капли?
В некоторых источниках указывается, что капли были открыты в Германии в 1625 году, другие указывают на голландского учёного, который плавил стеклянную палочку на горелке и капал расплавленным стеклом в стакан с водой, капли тут же начинали охлаждаться и затвердевать, принимая свою необычную форму головастика с длинным тонким змеевидным хвостом.
Получившиеся капли поразили учёного и он назвал их в честь своей родины Батавии – Батавские слёзки.
Однако свою широкую известность слёзки получили именно после того, как принц Руперт Пфальцский продемонстрировал их королю Великобритании Карлу II. Короля на столько увлекли капли, что он поручил Королевскому научному сообществу исследовать их удивительные свойства. С тех пор Батавские слезки начали называть стеклянные капли принца Руперта. Очень долго способ их изготовления содержался в строжайшей секретности, при том, что их мог купить любой желающий в качестве забавного сувенира.
Почему капля взрывается и откуда у неё образуется невероятная прочность?
На сегодняшний день благодаря современным технологиям и высокоскоростной съёмке уже научно доказаны необычные свойства капель принца Руперта. Всё дело в том, что попадая в холодную воду, капля расплавленного стекла начинает быстро охлаждаться. Охлаждаясь, стекло переходит в твёрдое состояние и начинает сжиматься.
С одной стороны, остывшие внешние слои сжимают каплю, с другой стороны раскалённое, ещё не успевшее остыть ядро её наоборот расширяют, занимая больший объём. В этот момент образуются очень тесные межмолекулярные связи и увеличивается плотность сжатых слоёв. Когда внутренняя температура капли снижается и ядро начинает остывать, оно тоже начинает сжиматься и застывать, но теперь ему оказывает сопротивление внешний уже застывший слой. В итоге между слоями образуется огромное механическое напряжение.
Именно возникшие огромные напряжения между оболочкой и ядром сопротивляются любой силе удара. Но стоит лишь надломить хрупкий хвостик капли, она мгновенно взорвётся на миллионы кусочков. Всё дело в том, что застывая стеклянный хвост охлаждается как верхний слой, но не имеющий раскалённого ядра. Поэтому, надламывая хвостик, мы разрушаем целостность верхнего слоя и его напряжение, что позволяет внутреннему давлению расширения мгновенно высвободиться, образовав микровзрыв. Это давление настолько велико, что взрыв происходит в 4 раза быстрее скорости звука.
Какими характеристиками обладает стекло капли принца Руперта?
Проводя исследования, учёным удалось выяснить, что сила сжатия внешней оболочки превышает атмосферное давление в 7000 раз, при том, что верхний слой очень тонкий и составляет всего 10% от всего тела капли.
Так же удалось установить причину взрыва капли – необходимо, чтобы микротрещины, вызывающие структурное разрушение верхнего слоя капли, достигли ядра с его напряжением расширения. Именно поэтому при ударах молотком и других механических воздействиях на головку капли, микротрещины рассеиваются по верхнему слою, не достигая внутренней зоны напряжения расширения. Разрушая хвостик, микротрещинам удаётся достигнуть ядра, поэтому происходит высвобождение напряжения, что влечёт за собой взрыв.
Современное применение эффекта капли принца Руперта.
Сегодня эффект капли принца Руперта успешно применяется в промышленности в самых различных областях. Именно таким способом получают закалённое стекло – путём его нагревания в печах до температур 650-680 ̊С и охлаждением верхних слоёв.
В результате стекло получается очень прочным и способным выдерживать большие нагрузки.
Так, например, закалённые стёкла используются при изготовлении автомобильных стекол. Кроме того, что такие стёкла выдерживают большие нагрузки, они так же являются безопасными для человека. В случае разрушения они рассыпаются на мелкие осколки со скруглёнными краями и не способны причинить серьёзных травм. В то время как обычное стекло разбиваясь, образует большие осколки с острыми краями, которые способны нанести серьёзные порезы.
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИнаш консультант с радостью ответит на все ваши вопросы
или оставьте заявку на расчёт стоимости
Капли принца руперта. Что такое и как это сделать Капля принца руперта vs
), или «датской слезы».
Головка капли невероятно прочная, ее очень сложно механически повредить путем сжатия: даже сильные удары молота или гидравлический пресс не наносят ей никакого вреда. Но стоит слегка надломить хрупкий хвост, и вся капля в мгновение ока разлетится на мелкие осколки.
Это любопытное свойство стеклянной капли впервые обнаружили в XVII веке то ли в Дании, то ли в Голландии (отсюда еще одно их название — батавские слёзки), то ли в Германии (источники противоречивы), и необычная вещица быстро распространилась по Европе в качестве потешной игрушки. Свое название капля получила в честь главнокомандующего английской королевской кавалерией Руперта Пфальцского , известного в народе как принц Руперт. В 1660 году Руперт Пфальцский вернулся в Англию после долгого изгнания и привез с собой необычные стеклянные капли, которые преподнес Карлу II , а тот передал их для исследований в Лондонское королевское общество .
Технологию изготовления капли долго держали в секрете, но в итоге оказалось, что она очень проста: достаточно капнуть расплавленного стекла в ведро с холодной водой.
Этот же принцип лежит в основе изготовления закаленного стекла , которое используют, например, в автотранспорте. Помимо повышенной прочности такое стекло имеет серьезное преимущество в безопасности: при повреждении оно разбивается на множество мелких кусочков с тупыми краями. Обычное же «сырое» стекло разлетается на крупные острые осколки, которыми можно серьезно пораниться. Закаленное стекло в автомобильной промышленности используют для боковых и задних окон. Лобовое же стекло для автомобилей делают многослойным (триплекс): два или более слоя склеивают полимерной пленкой, которая при ударе удерживает осколки и не дает им разлетаться.
Вероника Самоцкая
Слеза принца Руперта, батавские или голландские капли, слеза дьявола — все это имена одного и того же физического явления. Круглая часть такой слезы — сверхпрочное стекло, а ее хвост — ее Ахиллесова пята, которая, обламываясь, превращает всю конструкцию в пыль.
Мнения касательно происхождения капель принца Руперта весьма разнообразны. В некоторых источниках указано, что изобрели их в 1625 году в Германии. Но их также называют “Батавскими слезами” и вот почему.
Как открыли каплю Принца Руперта
Некогда в Голландии, незнакомый нам ученый провел некий интересный эксперимент. Он плавил палочку из стекла на мощной горелке, а жидкие расплавленные капельки стряхивал в емкость с обыкновенной водой. Стеклянные капли, застывая в холодной воде, приобретали причудливую форму, напоминающую головастиков с округлой головкой и тоненьким змеевидным хвостом. Открытие впечатлило исследователя, и он дал своему открытию имя — Батавские слезки в честь Батавии — былого названия своей родины. Как оказалось, этим открытие ученого не ограничилось, потому что позже он обнаружил их любопытнейшее свойство.
Считается, что стекло — достаточно хрупкий материал. Но свойство этих стеклянных капель таково, что даже при многочисленных ударах молотком по округлой части, они не разбиваются.
При этом, если во время эксперимента подложить данную каплю под пресс на металлическую пластину, то на ней останется каплевидный отпечаток. Но стоит лишь надломить кончик ее тонкого хвоста, и она мгновенно взрывается на миллион мельчайших осколков.
Так или иначе, широкую известность Батавские слёзки получили после того, как британский герцог Руперт Пфальский преподнес их в качестве диковинного подарка королю Великобритании Карлу II. После король поручил Королевскому научному сообществу исследовать их таинственную и забавную природу. В честь принца Пфальского Батавские слезки начали именовать не иначе как стеклянные капли принца Руперта. Способ их создания содержался в строжайшей секретности долгое время, но зато их мог купить каждый желающий как потешный сувенир.
Почему взрывается капля принца Руперта
На сегодняшний день уже научно доказаны причины необычного поведения стеклянных капель. Дело в том, что попадая в холодную воду, стеклянные капли быстро застывают.
Внутри каждой из них образуется высокое механическое напряжение. Если представить, что капля состоит из оболочки и ядра, можно понять, что застывать она начинает сначала у поверхности, то есть ее оболочка уменьшается и сжимается в то время, как ядро продолжает быть горячим и жидким.
Когда внутренняя температура капли снижается, то ядро также начинает сжиматься, но теперь возникает сопротивление за счет внешнего застывшего слоя. Тесные межмолекулярные связи позволяют ему сдавливать ядро, занимающее уже больший объем.
Между оболочкой и ядром возникает очень сильное напряжение, соответственно — сжатия на внешнем слое и растяжения — на внутреннем. Если опустить расплавленное стекло в слишком холодную воду, то уровень напряжения достигнет максимума и позволит внутренней части капли отделиться от наружной, образовав пузырек.
Именно внутренние силы напряжения сжатия и растяжения сопротивляются любой силе удара. Отломив “хвостик” капли, мы разрушим верхний слой, что позволит внутреннему давлению растяжения заработать в полную силу, и стеклянную каплю разнесет в пыль.
Это внутреннее напряжение настолько велико, что взрыв происходит буквально за один миг. Поэтому, проводя эксперимент, обязательно запаситесь защитными очками.
Недавно группа ученых из разных уголков мира задалась целью “докопаться” до истины и выяснить, почему и как именно происходит взрыв при обламывании хвоста капли принца Руперта.
Дело в том, что при повреждении внешней оболочки, появляется трещина, проникающая прямо в “сердце” капли, где концентрируется та самая сила напряжения.
Имея в виду научно доказанный факт, что внешний слой сжат, а внутренний — растянут, ученые рассматривали, как именно распределяется давление внутри слезы. Выяснилось, что сила сжатия у внешней оболочки превышает атмосферное давление в 7000 раз и доходит до 700 мегапаскалей. Это невероятно, учитывая, что поверхность стеклянной слезы необычайно тонкая и ее площадь составляет всего лишь 10% от всего тела капли.
Также исследователи установили, что для того, чтобы капля принца Руперта взорвалась, требуется, чтобы трещины достигли ее центра.
При ударах молотком или при любом другом воздействии на головку капли, трещины рассеиваются по ее поверхности, не проникая в зону внутреннего растяжения. Именно этим объясняется прочность шарика. При разрушении “хвостика” трещинам удается проникнуть во внутреннюю часть стеклянной слезы, что влечет за собой взрыв.
Современное применение эффекта капли принца Руперта
Принцип поведения капли принца Руперта уже успешно применяется в промышленности. Такое стекло знакомо всем, как “закаленное”.
Ранее производились “закаленные стаканы”. Их можно было без зазрения совести ронять на пол — оно никогда не разбивалось при ударе. Но случайно появившаяся на краю щербинка могла спровоцировать его взрыв в любое время. Поэтому с такой посудой стоило обращаться еще более бережно, чем с обыкновенным стеклом.
По аналогичному принципу сегодня изготавливают автомобильные стекла. Помимо того, что оно обладает более высокой прочностью, у него есть еще одно важное преимущество для безопасности пассажиров — в случае повреждения, оно рассыпается на мелкие кусочки с закругленными краями.
Сырые стекла разбиваясь, образуют острые и большие осколки, которые могут серьезно поранить.
Из закаленного стекла производятся боковые и задние окна, лобовые же делают путем склеивания нескольких слоев такого стекла при помощи специальной полимерной пленки, что в случае аварии не даст им разлететься вообще.
Видео о эффекте капли принца Руперта
Капля принца Руперта выглядит как стеклянный головастик, созданный стеклодувом-новичком, но она настолько крепкая, что ее невозможно разбить даже молотком. Однако достаточно слегка ударить ее по «хвосту», и она рассыпается в порошок. Причину таких необъяснимых качеств ученые пытались найти на протяжении почти 400 лет, и теперь у команды исследователей из Кембриджского университета и Таллиннского технического университете в Эстонии, наконец, есть ответ.
Батавские слезки или капли принца Руперта впервые появились в 17 веке и стали знамениты, когда принц Руперт Баварский представил пять этих безделиц королю Англии Карлу II. Они были переданы в Королевское Общество для изучения в 1661 году, однако, несмотря на почти четыре столетия исследований, объяснение их странных качеств было найдено только сейчас.
Капли изготавливаются из расплавленного стекла с высоким коэффициентом теплового расширения, и опускают в сосуд с холодной водой. Расплавленное стекло мгновенно застывает в характерной форме капли.
Для изучения капель принца Руперта, ученые использовали методику, где прозрачный 3D-объект устанавливают в иммерсионной ванной, чтобы через него проходил поляризованный свет. Изменения в поляризации света внутри объекта соответствуют линиям напряжения. Предыдущая работа таллиннских и кембриджских физиков, проведенная еще в 1994 году, включала в себя съемки взрыва капли со скоростью почти миллион кадров в секунду. На видео можно увидеть, как после повреждения «хвоста», трещины распространяются по капле со скоростью около 6,500 километров в час.
Новое исследование показало, что напряжения сжатия стекла в «головке» капли составляет около 50 тонн на квадратный дюйм, что делает ее по прочности равной стали. Так происходит, потому что снаружи капля остывает быстрее, чем внутри.
Таким образом на центр «головки» капли нагнетается огромное давление, которое компенсируется растяжением.
Пока эти силы остаются в равновесии, капля очень прочная и может выдерживать значительные нагрузки. Но при повреждении «хвоста» это равновесие нарушается, и множество мелких трещин распространяются параллельно ее оси. Происходит это с такой высокой скоростью, что напоминает взрыв.
Знаете? Признаюсь честно, я не знал. Но судя по информации в интернете это давняя и очень популярная тема! Подумайте, на что это похоже? Расскажете потом в комментариях, а мы сейчас посмотрим во всей красе на этот процесс, а кто знал — может быть узнают подробности!
Это одно из интересных свойств стекла, которое в народе принято называть « каплями принца Руперта » (также известнее как шары Руперта или голландские слезы)
Сделать каплю Принца Руперта — очень просто. Достаточно просто взять раскаленное стекло и капнуть его в ведро воды. В результате того, что вода быстро охлаждает внешнюю поверхность стекла, внутри температура остается значительно высокой.
Когда стекло наконец охлаждается, оно сжимается в оболочке уже твердой внешней оболочки. Благодаря такому сжиманию, создается очень сильное сжимающее напряжение на внешней части, тогда как внутренняя часть находится в состоянии растягивающего стресса. В итоге мы имеем что-то в виде закаленного стекла, хотя и не совсем.
Но что же удивительного в капле Принца Руперта? В отличие от обычного стекла, данную каплю нельзя разбить даже очень сильно ударив молотком — по крайне мере если бить по основной части «капли». В то же время, если слегка повредить «хвост» слезы, то она взрывается словно граната — однако увидеть это можно лишь при помощи камеры способной снимать со скоростью 100,000 кадров в секунду. Именно это вы можете увидеть на ролике выше.
Скорость движения разлома составляет примерно 4 тысячи 200 км в час.
А что же это за принц такой? И это мы сейчас узнаем!
У принца Руперта, кузена короля Карла II, титулов было примерно столько же, сколько и природных талантов: пфальцграф Рейнский, герцог Баварский, граф Холдернесс, герцог Камберлендский, по совместительству кавалерист, моряк, ученый, администратор и художник.
Его отец, Фридрих фон Пфальц, был королем Чехии ровно одну зиму, а всю последующую жизни провел в Голландии. Еще в детстве Руперт овладел основными европейскими языками, демонстрировал хорошие математические способности и талант рисовальщика. Военную карьеру Руперт начал в 14 лет, сопровождая принца Оранского при осаде Ринберга. Через два года, во время вторжения в Брабант, он поступил на службу в гвардию принца, а в следующем году вместе со старшим братом побывал с визитом у английских родственников, произведя на Карла Первого чрезвычайно благоприятное впечатление. Из этой поездки он возвратился с почетной степенью магистра искусств, присвоенной высокому гостю в Оксфорде.
В 1637 году Руперт участвовал в осаде Бреды, после вместе с братом и отрядом шотландских наемников отправился воевать в Вестфалию, где осенью 1638 года попал в плен. До 1641 года он протомился в заключении, и в это время лорд Арундел, английский посол в Вене, подарил принцу собачку, которая позже обрела громкую славу.
Это был белый пудель, якобы контрабандой вывезенный из Турции, где султан запретил иностранцам приобретать собак этой породы. «Было чрезвычайно любопытно наблюдать, как этот дерзкий и беспокойный человек забавлялся, обучая собаку дисциплине, которой никогда не знал сам». Пудель, получивший незатейливую кличку Бой, неизменно сопровождал Руперта до самой своей смерти в битве при Марстон Муре. Пуделя охотно вспоминали в памфлетах «круглоголовых», например, на одной гравюре он изображен рычащим на членов парламента, распущенного Кромвелем. Бой пользовался множеством привилегий — спал в хозяйской постели, пользовался услугами большего количества цирюльников, чем сам Руперт, и получал самые лакомые кусочки из рук короля Карла, который снисходительно позволял Бою сидеть в своем кресле. По слухам, пес был очень смышленый. Так, при слове «Карл» он начинал радостно прыгать и очень любил слушать литургию, поворачивая морду к алтарю. Это, очевидно, и вызвало слухи о том, что за Рупертом в виде Боя следует дух, мол, собачка умеет становиться невидимой и участвует в сеансах некромантии, проводимых ее хозяином.
И убит бедняга Бой был, как говорят, серебряной пулей.
Возвратимся к принцу:) Помимо дрессировки Боя в годы заточения Руперт также вел богословские беседы с духовниками, сопротивляясь попыткам обратить его в католицизм, совершенствовал свои навыки гравера, читал книги по военному искусству и завел роман с дочкой губернатора. Благодаря усилиям Карла Первого Руперт получил свободу с условием больше никогда не обращать оружие против императора. В августе 1642 года принц со своим младшим братом Морицем прибыл в Англию во главе отряда английских и шотландских ветеранов континентальных войн, чтобы выступить на стороне короля в гражданской войне с парламентом. Пожалованный орденом Подвязки, Руперт встал во главе королевской кавалерии, однако вскоре радость от его приезда стала уже далеко не всеобщей. Хотя Руперт был опытным солдатом, ему была присуща юношеская пылкость, которая наравне с иностранными манерами отталкивала солидных советников короля. В частности, их объяснимое недовольство вызвало заявление принца, что получать приказы он желает исключительно от своего августейшего дяди.
Молодечество сослужило Руперту скверную службу. В битве при Эджхилле в октябре 1643 года его кавалерия полностью разгромила парламентскую, но, увлекшись преследованием, Руперт покинул поле боя, таким образом лишив силы роялистов шанса нанести решающее поражение круглоголовым.
Принц проявил недюжинную энергичность, совмещая административную работу с ведением военных действий на протяжении 1643-44 годов: взял Бристоль, управлял Уэльсом, снял осаду с Йорка… После поражения при Марстон Муре Руперт встал во главе армии роялистов, номинально предводительствуемой принцем Уэльским. Внутренние разногласия и ряд объективных причин привели к поражению при Нейсби, после чего Руперт усомнился в успешном для короля исходе войны и посоветовал Карлу идти на соглашение с парламентом. Это было расценено как злой умысел, в котором король окончательно убедился после того, как принц сдал Бристоль парламентским войскам. Король отправил Руперта в отставку, тот явился в Ньюарк и потребовал судебного разбирательства, в результате которого ему было возвращено честное имя, но не командование.
В 1646 году принцы Руперт и Мориц были высланы из Англии уже по приказу парламента.
На континенте Руперт возглавил отряды англичан-эмигрантов, поступивших на французскую службу, и командовал ими в военных действиях против Испании. После начала второй гражданской войны в Англии принц с переменным успехом попробовал себя в роли моряка. В 1649 году они с Морицем получили под командование 8 кораблей и отправились в Ирландию под начало маркиза Ормонда, где продолжил славную английскую традицию — грабил чужих и передавал награбленное своим. Парламентский адмирал Блейк был откомандирован положить конец этим бесчинствам, и Руперт отплыл в Португалию, где ему обещали приют, однако Блейк нагнал его в порту Лиссабона. Изобличенный как пират, принц отправляется в вольное плавание по Средиземноморью и Атлантике. Весной 1652 г. Руперт плавал к берегам Западной Африки, где был ранен в бою с аборигенами. Он отплыл в Вест-Индию летом 1652, и обнаружил, что роялистский анклав на Барбадосе, где он надеялся найти убежище, капитулировал перед Содружеством.
Осенью, по пути с Виргинских островов, в буре погибли два из четырех кораблей Руперта, одним из них командовал Мориц. Подавленный смертью брата, принц возвратился в Европу в 1653 году.
Руперт был тепло встречен при дворе короля-изгнанника Карла II в Париже, однако любезности таяли пропорционально тому, как выяснялась точная сумма добычи, привезенной им из Вест-Индии. Разочарованный принц провел следующие шесть лет в безвестности, успев рассориться из-за наследства со старшим братом.
После реставрации Карла II в 1660 году Руперт вернулся в Англию и был хорошо принят королем, несмотря на прежние разногласия. Он получил ежегодную пенсию и назначен в Тайный совет в 1662 году, предметом его особой обеспокоенности было состояние военно-морского флота. Руперт также проявил интерес к зарубежным коммерческим предприятиям, став первым губернатором Компании Гудзонова залива в 1670 году. Территория, предоставленная Компании, была названа «Земля Принца Руперта» в его честь. Был он и активным акционером Африканской компании.
Вклад Руперта в развитие торговли был отмечен именным камнем, положенным в основание новой Королевской биржи. Принц как адмирал принимал активное участие во Второй и Третьей англо-голландских войнах, сыграв значительную роль в битве при Лоустофте и в победе в день святого Иакова (25 июля 1666). С 1673 года Руперт посвятил себя административной работе в адмиралтействе. Он умер в возрасте 62 лет в 1682 году и с почестями похоронен в Вестминстере.
Продолжая проявлять интерес к научным экспериментам, Руперт стал одним из основателей Королевского общества. В частности, он экспериментировал с производством пороха (предложенный им способ делал порох в 10 раз эффективнее), пытался усовершенствовать ружья, изобрел сплав, известный как «металл принца», а также разработал приспосбление для, так сказать, глубоководных погружений:) Принц сформулировал математическую проблему о «кубе Руперта», достиг известных успехов как шифровальщик, построил водяную мельницу на Хакнийских болотах, разработал морское орудие, которое назвал Rupertinoe, придумал механизм, обеспечивающий баланс квадранта при измерениях на борту корабля, пытался усовершенствовать хирургические инструменты и был автором незаурядных гравюр.
Что касается личной жизни, то Руперт никогда не был женат, однако оставил по себе двоих незаконнорожденных детей: сына Дадли (1666) от Фрэнсис Бэрд и дочь Руперту (1673) от актрисы Маргарет Хьюз (Хьюджес). Последняя именно благодаря связи с Рупертом стала первой профессиональной актрисой в английском театре, в 1669 году Маргарет наравне с мужчинами актерами пользовалась привилегией «королевских слуг» — ее не могли арестовать за долги. Это было очень кстати, потому что образ жизни она вела расточительный. За время их связи Руперт подарил ей драгоценностей на 20 тысяч фунтов, причем среди них были и фамильные украшения Пфальцев, а также приобрел для Маргарет особняк еще за 25 тысяч. Руперту нравилась семейная жизнь — или ее подобие — он с удовольствием отмечал, наблюдая за маленькой дочерью:»Она уже правит всем домом и иногда даже спорит со своей матерью, что смешит всех нас». Существует мнение, что Маргарет стала морганатической женой Руперта. Свое имущество он завещал поровну ей и дочери.
Почему Капли Принца Руперта такие сильные
- Для стекловаров Капли Принца Руперта просты в изготовлении и могут разбить пулю.
- То, как капля горячего стекла остывает в воде, является секретом ее прочности.
- Физические свойства, которые делают падение таким прочным, применимы для тонких, но прочных защитных поверхностей.
Капля принца Руперта, состоящая из стеклянных слезинок, которые удлиняются в тонкий хвост, выглядит как изящный, прозрачный головастик. Защелкнуть хвосты достаточно легко, но вот закругленная капля на самом верху? Кажется невероятно сильным. Его не сломаешь ударом молота.
Если стеклодув капает расплавленным стеклом в холодную воду, оно замерзает в шарик с очень длинным хвостом. Подобно Единому кольцу Саурона, его нельзя сломать сильным ударом чего-то столь же сильного, как топор. На самом деле вам нужна скорость и сила пули, чтобы разбить ее.
Сумасшествие в том, что даже пуля может развалиться, когда попадет в каплю. Посмотрите видео в начале статьи от SmarterEveryDay.
Когда пуля задевает луковицу самой капли, вы можете увидеть, как белая линия отрывается от хвоста и мчится вниз по капле. Это бегущая ударная волна. Два фактора: прочность на сжатие, заложенная в капле во время ее образования, и остаточное напряжение от удара вызывают почти мгновенное разрушение гладкого стекла. Через долю секунды — потрясающая последовательность, видимая со скоростью 100 000 кадров в секунду, — весь объект испаряется в искрящийся дым. Вместо того, чтобы взрываться во всех направлениях, стекло разбивается на месте, потому что сжатие и напряжение снимаются одновременно.
Сама пуля разбивается из-за того, что стеклянная головка высвобождает сжимающую силу. Осколки пуль разлетаются в разные стороны, вонзаясь в стену позади установки.
Вот объяснение волшебства
Стекло плавится при температуре от 2552 до 2912 градусов по Фаренгейту.
Когда стеклодув бросает шарик расплавленного стекла в резервуар с водой, как показано во втором видео, его поверхность быстро остывает, почти мгновенно образуя затвердевшую оболочку вокруг жидкой внутренней части, подобно яичному белку, готовящемуся быстрее, чем желток внутри.
Расплавленное стекло внутри продолжает остывать и втягиваться, максимально втягивая внешний слой внутрь. Внутреннее ядро становится сильно сжатым, что создает невероятное напряжение в капле. Это сила сжатия, которая связывает слои, образуя прочный амортизатор из стекла. Поверхностное натяжение помогает удерживать каплю вместе.
Капли принца Руперта может быть забавно ломать, но они также дают возможность усилить полезные предметы. Например, наши мобильные устройства могут быть защищены прочным стеклом особого типа.
Посмотреть полный пост на Youtube
Пара в видеоролике Corning демонстрирует стекло Gorilla Glass, тонкий лист, казалось бы, хрупкого стекла, но на самом деле очень прочного.
Компания Corning разработала стекло, используя те же принципы прочности на сжатие, которые делают каплю принца Руперта настолько сложной для разрушения. Это сделано, чтобы быть жестким благодаря процессу под названием ионообмен . При производстве стекла на поверхности образуются мелкие ионные частицы. Обычно это электрически заряженные атомы натрия. Чтобы сделать поверхность более жесткой, стекло погружают в солевой раствор, в результате чего более крупные ионы калия меняются местами на поверхности стекла с более мелкими ионами. Эти более крупные частицы создают давление на внутренние части листа стекла, плотно сжимая его.
В отличие от Капли принца Руперта, стекло Gorilla Glass можно модифицировать во время производства, чтобы контролировать натяжение внутри стекла, чтобы оно не слишком сильно конкурировало с силой сжатия. Когда силы уравновешены, стекло становится прочнее. Он по-прежнему не является нерушимым, но в будущем он может добавить защитный слой к таким объектам, как мобильные телефоны.
Если вы уроните телефон на тротуар, вы сможете вздохнуть спокойно, если на нем будет тонкий слой стекла Gorilla Glass.
Вот дополнительное видео с более приятными осколками капель принца Руперта.
Посмотреть полный пост на Youtube
Манаси Ваг
До прихода в Popular Mechanics Манаси Ваг работала газетным репортером, научным журналистом, техническим писателем и компьютерным инженером. Она всегда ищет способы совместить три величайшие радости в своей жизни: науку, путешествия и еду.
Стекло становится баллистическим: что происходит, когда вы стреляете пулей в капли принца Руперта?
[Изображение выше] Кредит: SmarterEveryDay; YouTube
Около трех лет назад я поделился увлекательным видео, демонстрирующим впечатляющую силу капель принца Руперта. Эти стеклянные каплевидные конструкции обладают невероятными свойствами материалов, которые подчеркивают тот факт, что стекло — это не просто хрупкий, легко ломающийся материал.
Это видео, снятое каналом YouTube SmarterEveryDay, показало, насколько прочны эти стеклянные конструкции в их голове, но насколько хрупкими они могут быть, когда их хвост деформирован.
Капли принца Руперта формируются путем опускания горячего расплавленного стекла в холодную воду. Этот метод создает противодействующие силы с высокой прочностью на сжатие снаружи, что делает голову невероятно прочной, и с высокой прочностью на растяжение внутри, что делает хвост невероятно чувствительным.
Из-за этих противодействующих сил незначительное искажение хвоста капли приводит к тому, что вся конструкция взрывается с удивительной силой. При 100 000 кадров в секунду этот взрыв выглядит как взрыв психоделического стеклянного конфетти.
Если разбить каплю принца Руперта, произойдет взрыв стеклянного конфетти. Кредит: SmarterEveryDay; YouTube
Причина, по которой эти взрывы превращают в такое психоделическое шоу, заключается в том, что, согласно предыдущей работе, трещины бегут от кончика к головке капли принца Руперта со скоростью, превышающей 4000 миль в час.
Исследователи Purdue предприняли глубокие исследования, чтобы расшифровать больше научных данных, лежащих в основе невероятной силы капель принца Руперта.
Используя технику, называемую интегрированной фотоэластичностью, в которой используется поляризованный фильтр для визуализации распределения напряжений в материале, исследователи рассчитали сжимающие напряжения около 50 тонн на квадратный дюйм в головке капель принца Руперта, что делает их прочными, как сталь. Об этом сообщает пресс-служба Purdue.
Чтобы узнать больше о долгой истории и невероятной науке о каплях принца Руперта, посмотрите это замечательное видео от Purdue Engineering.
Ученые Purdue опубликовали свои выводы «О необычайной силе капель принца Руперта» в Applied Physics Letters (DOI: 10.1063/1.4971339).
Итак, капли принца Руперта сильны, но достаточно ли они сильны, чтобы выжить при выстреле высокоскоростной пулей в упор?
К счастью для нас, ведущий SmarterEveryDay Дестин задавался тем же вопросом.
Канал недавно опубликовал серию новых видеороликов, в которых исследуется предел прочности падений принца Руперта перед лицом некоторых серьезных боеприпасов, извергаемых из все более крупных орудий.
Однако, прежде чем смотреть видео ниже, сделайте прогноз — что победит, пуля или стекло? Вышеупомянутое исследование Purdue может дать вам подсказку.
Предоставлено: SmarterEveryDay; YouTube
Поскольку некоторые пули в исходном видео имеют свинцовые наконечники, Дестин повышает ставку в следующем видео, прицеливаясь серией пуль с цельнометаллической оболочкой, которые развивают еще более высокую скорость, чем 0,22 Magnum и 0,38 Спец.
