Капля Руперта — что это?
Английская знать ХVII века слыла любознательной и не чуралась науки. Король Карл II так даже и умер от увлеченности алхимией: уже в наше время в его волосах обнаружили ртуть в концентрации, несовместимой с жизнью. Кузен Карла II, принц Руперт, славился страстью к научным диковинам как теоретического, так и практического характера.
Этот-то принц Руперт, он же герцог Рупрехт фон дер Пфальц, привез в Лондон стеклянные отливки в форме капель с длинными искривленными хвостиками. Преподнеся их в дар королю, Руперт рассказал, что это – недавнее германское изобретение, и что прочность стеклянных капель превосходит прочность стали.
Способ производства Руперт от короля скрыл, сославшись на незнание. Хотя теперь мы понимаем: молчал принц исключительно ради пущей таинственности…
Карл II отдал полученные капли на анализ в Королевское Научное Общество. С этого момента и началась слава капель Руперта.
Свойства капли Руперта
Прочность невиданных дотоле стекляшек удивила английских ученых. Капля Руперта выдерживала даже удар дюжего кузнеца, причем на стали наковальни и молота оставались вмятины. Разве может стекло обладать подобной твердостью и прочностью? – дивились придворные ученые.
Прочность стеклянных капель Руперта была, однако, неравномерной. Если головка капли выдерживала любой удар, хвостик – особенно кончик хвостика – отличался высокой уязвимостью. Самое странное, что разрушение хвостика вело к моментальному распаду всей стеклянной отливки! Причем распаду взрывному, с мгновенным разлетом мельчайших осколков!
Члены Королевского Научного Общества разослали письма с вопросом о природе необычного стекла во все доступные пределы. Популярность необычной игрушки среди лондонской знати стала расти. Принц Руперт сделал неплохой бизнес, то продавая удивительные стеклянные капли задорого, то укрепляя связи при помощи интересных подарков.
Вскоре ситуация стала проясняться…
Капли Руперта родом из …?
Принц никогда не настаивал на своем авторстве забавной безделушки, а честь изобретения стеклянных капель приписывал немецким ремесленникам. Выяснилось, однако, что в близкой Голландии подобные диковины знают давно – знают и делают на потеху публике. Мало того, голландцы возят капли стекла по свету, и везде их зовут «батавскими слезками», по имени верфи «Батавия» на берегу залива Зейдерзее.
По сведениям, полученным от голландцев, датчане начали забавляться каплями Руперта раньше немцев – но в Данию секрет изготовления прочных стеклянных отливок пришел из Италии. Весь юг Европы знает их как «болонские склянки» и ничего сложного в изготовлении капель из стекла не видит.
Капли Руперта – это просто!
Чтобы получить капли характерной формы и небывалой прочности, сообщили стеклоделы, достаточно разогретое до текучей вязкости стекло капнуть в емкость с холодной водой. Затвердевшая отливка и есть болонская склянка, она же капля Руперта – с точки зрения серьезных ремесленников пустая безделица и перевод дорогого материала.
Проведя ряд опытов, ученые лондонского Королевского Общества определили: для получения наиболее удачных капель Руперта стекло следует брать возможно более чистое, и нагревать его не выше чем до степени полного размягчения – иначе упавшая в воду капля покрывается трещинами.
На том и удовлетворились…
Современный взгляд на капли Руперта
Физика объясняет появление капель Руперта результатом давно известной закалки – технологии, широко применимой к изделиям из стали, но в данном случае касающейся стекла. Аморфное по своей структуре, полужидкое стекло затвердевает без кристаллизации, но с уменьшением объема.
Быстрое остужение стеклянной капли в среде, эффективно понижающей температуру, приводит к уплотнению наружных слоев тела, сжатию массива с одновременным растяжением еще горячей сердцевины отливки.
Прочность капли Руперта вовсе не беспредельна, и всего лишь вчетверо превышает прочность стекла, изготавливаемого по обычным технологиям. Однако показатели прочности сильно зависят от состава стеклянной шихты, и плотное кварцевое стекло в закаленном виде и капельной форме действительно способно противостоять ударам кузнечного молота.
Но только если не бить по тонкому хрупкому хвостику капли Руперта!
Разбить каплю Руперта
Разбить каплю Руперта несложно. Если отломить, отбить, отстрелить тонкий стеклянный хвостик капли Руперта, она вся и мгновенно разлетается практически пылью! Причем скорость и дистанция разлета мельчайших осколков капли таковы, что опасность поражения кожи и глаз наблюдателя – весьма реальна.
Именно поэтому, кстати, в стародавней Европе капля Руперта довольна быстро перекочевала из разряда забавных диковин в разряд опасных развлечений.
Современные экспериментаторы не прекращают опытов с каплями Руперта. Особенно зрелищными выглядят попытки разрушения стеклянных капель выстрелом из винтовки. Мягкая свинцовая пуля бьет по головке капли Руперта с силой, значительно превышающей силу удара кузнечного молота, однако разбить закаленное стекло пуля не в силах.
Возникающая в стеклянном массиве ударная волна оказывается губительной для тонкого хвостика капли Руперта. Когда колебательный импульс проходит по тонкому стеклу, возникают быстро расширяющиеся трещины. Со скоростью более чем 1 км/с трещины разрастаются по всему телу капли, множатся, расширяются и фактически взрывают стекло.
Взрывное свечение капли Руперта
Особенно интересным видится световой всполох, сопровождающий волну распада закаленного стекла. Явление свечения такого рода носит название триболюминесценции. Возникает триболюминесценция, в отличие от привычной люминесценции, не в толще материала, а в пограничной среде.
Голубовато-красные всполохи триболюминесценции распадающейся капли Руперта суть есть свечение атомов атмосферных газов, возбуждаемых слабыми электрическими разрядами. Генерируется электричество молекулами кварца, испытывающими механическую нагрузку.
Предыдущая статья: Трованты
Следующая статья: Мачу-Пикчу
А вы читали другие статьи этого раздела?finesell.ru
«Капли принца Руперта» обстреляли крупным калибром
В декабре прошлого года ведущий YouTube-блога SmarterEveryDay испытал «капли принца Руперта» на прочность, обстреляв их из малокалиберной винтовки. Тогда пули калибра .22 Long Rifle (5,6 мм), выпущенные в упор, не смогли разбить застывшие капли закалённого стекла. В комментариях к видеоролику его автор получил множество просьб провести аналогичный эксперимент с более крупными калибрами.
В новом эксперименте были использованы пули калибров .22WMR («усиленный» .22 Long Rifle) и .38SPL (9×29 мм) — стекло успешно выдержало и эти испытания. На замедленной съёмке видно, как свинцовые пули разлетаются на осколки от столкновения со стеклом, тогда как капли просто отбрасывает назад.
«Батавские слёзки», «болонские склянки», «капли принца Руперта» — всё это названия застывших капель стекла, обладающих чрезвычайно высоким внутренним механическим напряжением. В XVII веке их необычные свойства заинтересовали учёных: капля расплавленного стекла, помещённая в холодную воду, принимает форму головастика с длинным изогнутым хвостом. При этом капля обладает исключительной прочностью: по её «голове» можно бить молотком, и она останется целой. Однако, если надломить хвостик, «головастик» мгновенно разлетается на мелкие осколки.
В декабре прошлого года ведущий YouTube-блога SmarterEveryDay испытал «капли принца Руперта» на прочность, обстреляв их из малокалиберной винтовки. Тогда пули калибра .22 Long Rifle (5,6 мм), выпущенные в упор, не смогли разбить застывшие капли закалённого стекла. В комментариях к видеоролику его автор получил множество просьб провести аналогичный эксперимент с более крупными калибрами.
В новом эксперименте были использованы пули калибров .22WMR («усиленный» .22 Long Rifle) и .38SPL (9×29 мм) — стекло успешно выдержало и эти испытания. На замедленной съёмке видно, как свинцовые пули разлетаются на осколки от столкновения со стеклом, тогда как капли просто отбрасывает назад.
«Батавские слёзки», «болонские склянки», «капли принца Руперта» — всё это названия застывших капель стекла, обладающих чрезвычайно высоким внутренним механическим напряжением. В XVII веке их необычные свойства заинтересовали учёных: капля расплавленного стекла, помещённая в холодную воду, принимает форму головастика с длинным изогнутым хвостом. При этом капля обладает исключительной прочностью: по её «голове» можно бить молотком, и она останется целой. Однако, если надломить хвостик, «головастик» мгновенно разлетается на мелкие осколки.
warspot.ru
Взрывающаяся капля принца Руперта • Вероника Самоцкая • Научная картинка дня на «Элементах» • Физика
На фото запечатлен момент взрыва стеклянной капли принца Руперта (Prince Rupert’s Drop), 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. В этой нехитрой технологии и кроется секрет силы и слабости капли. Наружный слой стекла быстро застывает, уменьшается в объеме и начинает давить на всё еще жидкое ядро». Когда внутренняя часть тоже остывает, ядро начинает сжиматься, однако теперь этому противодействует уже застывший внешний слой. С помощью межмолекулярных сил притяжения он удерживает остывшее ядро, которое теперь вынуждено занимать больший объем, чем если бы оно охладилось свободно. В итоге на границе между внешним и внутренним слоем возникают противоборствующие силы, которые тянут внешний слой внутрь, и в нем образуется напряжение сжатия, а внутреннее ядро — наружу, образуя напряжение растяжения. При этом внутренняя часть может даже оторваться от наружной, и тогда в капле образуется пузырек. Это противостояние делает каплю прочнее стали. Но если все-таки повредить ее поверхность, нарушив внешний слой, скрытая сила напряжения высвободится, и от места повреждения вдоль всей капли прокатится стремительная волна разрушения. Скорость этой волны — 1,5 км/с, что в пять раз быстрее скорости звука в атмосфере Земли.
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.
Фото с сайта popsci.com.
Вероника Самоцкая
elementy.ru
Открыт секрет прочности капель принца Руперта
Почему стеклянная капля, озадачившая физиков еще четыре столетия назад, выдерживает удар молотком — но только если хвост капли на месте.
Хиллар Абен (Hillar Aben) из Таллинского технологического университета, Эстония, и его коллеги из Университета Пердью, США, и Кембриджского университета, Великобритания, изучили природу напряжений в основной части т.н. капли принца Руперта (она образуется, если каплю расплавленного стекла уронить в воду). Необычайная прочность этой части капли и ее связь с тоненьким хвостом капли, выяснили ученые, основана на сжимающем напряжении, а не напряжении растяжения, как предполагалось. Свои результаты, за которыми стоят несколько столетий исследований, — хотя сама проблема может показаться бессмысленной, — исследователи изложили в статье, опубликованной в журнале Applied Physics Letters.
Парадокс в том, что такая капля отличается необычайной прочностью — удар молотком оставит на ней в худшем случае царапину. Но стоит отломить ее хвост — и она рассыпется в мелкий порошок. Исследователи давно поняли, что прочность капель, названных в честь баварского принца Руперта, который в 1660 году представил пять таких капель британскому королю Карлу II, имеет какое-то отношение к напряжениям в стекле. Двадцать лет назад было опубликована высокоскоростная видеозапись распадающихся капель, где было видно, что при разрыве хвоста капли трещины распространяются вдоль капли со скоростью более 1700 метров в секунду.
Теперь исследователи продолжили изучение свойств этого интересного объекта, используя так называемый метод интегральной фотоупругости. Они погружали каплю в жидкость и светили через нее поляризованным светом. Области, где есть напряжение, распространяют поляризованный свет по-разному, так что ученые, обработав свет с помощью методов, аналогичных тем, которые используются в медицине при компьютеризированном томографическом сканировании, исследователи смогли наметить различные слои напряжений внутри капли.
Группа измерила напряжение сжатия в головке капли, которое оказалось эквивалентно более чем 4000-кратному атмосферному давлению, что делает каплю такой же прочной, как некоторые марки стали. Напряжения растяжения, присутствующие в хвосте и внутри капли, имеют тенденцию к распространению трещин, но не могут преодолеть сопротивление вышележащих сжимающих напряжений в головке капли. Этот сжимающий внешний слой защищает головку от ударов молотка — но стоит отломить хвост позволяет трещинам продвигаться по капле, и, хотя сжимающий внешний слой замедляет распространение трещин, остановить его он уже не может.
Название видео
scientificrussia.ru
Капля принца Руперта — странное стекло, которое выдерживает удар молотка
Пресс сжимает маленькую, хрупкую каплю стекла. Кажется, еще секунда, и она, разбившись на миллионы осколков, разлетится во все стороны. Но ничего подобного не происходит. Что это? Смоделированный при помощи специальной программы фантастический ролик или реальная съемка? Разве может стеклянная капля быть прочнее металла? Оказывается, может, если это не обычна капля, а капля самого принца Руперта.
Такое стеклянное тело может выдержать давление пресса или удар молотка без какого-либо повреждения. Но у нее есть одно слабое место, зная которое, можно с легкостью разрушить необычайно ударостойкую стеклянную каплю. Стоит лишь надломить ее длинный хвостик, как вся капля разлетается вдребезги.
Капли принца Руперта, или, как их еще называют, батавские слёзки — это не что иное, как обычное стекло, застывшее определенным образом, и поэтому оно имеет уникальные свойства. История появления этих капель уходит в глубину веков, и даже не до конца понятно, кто первым изобрел это чудо: ученые в лаборатории или профессиональные стеклодувы. Капли стекла подобной формы получаются, если стекло остывало не на воздухе, а в холодной воде.
Считается, что они впервые были получены в Батавии (латинское название Нидерландов), поэтому и приобрели название «батавские слёзки». Так или иначе, но весть о необычных стеклянных каплях быстро разлетелась по Европе. В Англию это необычное стекло было привезено Рупертом Пфальцским, политическим деятелем XVII века, который принимал участие во многих важных событиях как в Европе, так и в Америке.
Способ получения стеклянных капель принца Руперта долгое время был неизвестен широкой публике. Их странные свойства впечатляли людей, многие считали их чем-то мистическим. И даже после того, как секрет их получения был раскрыт, причина их необычной прочности оставалась загадкой. И лишь спустя столетия ученые смогли объяснить, что же происходит внутри этого загадочного кусочка стекла.
Попадая в ледяную воду, разогретое до 600ºС стекло начинает стремительно охлаждаться. Сначала остывает и сжимается внешний слой стекла, образуя своеобразную оболочку. При этом внутренняя жидкая часть капли остывает медленнее, и такого сильного сжатия не происходит, а между ней и оболочкой возникает сильное напряжение. Именно это напряжение и сопротивляется внешнему давлению, не давая удивительной капле треснуть под воздействием пресса или удара. Но стоит отломить длинный «хвост» капли, как волшебство заканчивается: вся капля разлетается вдребезги из-за нарушения целостности оболочки.
Но батавские слёзки — это не просто чудесная демонстрация физических процессов, но и весьма интересное явление, которое нашло применение в промышленности. Закаленное стекло, обладающее повышенной прочностью к ударам, а также значительной термостойкостью, получают аналогичным образом. Обычное стекло в форме листа, разогретое до высоких температур, мгновенно охлаждается воздухом с низкой температурой. Именно такой способ получения и придает ему невероятную прочность.
travelask.ru
Капли принца Руперта — Самый сок! — ЖЖ
20 комментов — :
Что-то не нашел нигде объяснение этому эффекту..
почитайте про внутрішні напруження та відпуск для скла та металів
рискну предположить, что при падении капли в ведро, сначала остужаются внешние границы капли(резко), а затем внутренние(медленнее), из-за чего получается как-бы напряженная середина сдерживаемая оболочкой внешнего слоя капли. (при охлаждении стекло сжимается.)
после нарушения целостности поверхности происходит мгновенное высвобождение напряженности с соответствующим эффектом.
Это интимные подробности…
то есть получается что если ы его не сломали рано или поздно оно лопнуло бы само? или нет?
Могло. Кстати, одно время этим страдали обычные стаканы — лопались со взрывом без видимой причины, и на эту тему был даже сюжет в «Фитиле» — мультипликационный, с участием Волка и Зайца из «Ну, погоди».
Автомобильные стёкла одно время тоже были не трёхслойные, как сейчас, а закалённые (стекло называлось «сталинит») и при аварии они не разбивались на куски с острыми кромками, а рассыпались, как тут показано. Или просто оставались целыми. Ещё можно вспомнить о том, что напряжённые слои стекла обладали свойством поляризовать свет, а тогда как раз начали выпускать солнцезащитные очки с поляризованными стёклами, которые снижали яркость бликов — при отражении свет частично поляризуется. если смотреть из автомобиля сквозь сталинит, одев такие очки, можно было увидеть тёмные пятна.
супер — а я все думал — почему все стекла у некоторых авто в разводах…
+1
корелдрав
«я тебя в порошок сотру…» = «ну, что, принц Руперт, допрыгался…»
А причем тут принц Руперт?
Видимо зимой пипи в сугроб захотелось.
там по ссылке ниже, что я привела, в «Химии и жизни» есть объяснение )) Английский принц Руперт, пфальцграф Рейнский, герцог Баварский не выиграл ни одного сражения, а потом посвятил себя науке и открыл этот эффект ))
печальный конец сперматозоида:(
botogonov 9 ноября, 2011примерно то же просходит со сперматозоидами
при крике: Ребята нас напарили мы в кандоме
😉
Интересно, если точку напряжения в стеклянной капле,
то есть хвост, срезать аккуратно горелкой.
Куда эта точка сместиться?
И вообще интересно, получится ли срезать?
в смысле, срезать? Стекло ж расплавится.
Если не расплавится — или срезать оооочень аккуратно — то капля останется целой, но до первого контакта с твердыми предметами.
В конце вся сила!!!
Было описано в журнале «Наука и жизнь» в конце 1960-х под названием «батавские слёзы». Причём обламывать хвостики рекомендовалось под слоем воды. Про принца Руперта, естественно, ни слова.
ibigdan.livejournal.com
Раскрыта тайна загадочных капель 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.
fainaidea.com