«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» .
«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.
Взрывающаяся капля принца Руперта • Вероника Самоцкая • Научная картинка дня на «Элементах» • Физика
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
Голландские слезы или капли Принца Руперта ⋆ ГардИнфо
«Голландские слезы» или «Батавские слезки» — это одно из интересных свойств стекла, которое в народе принято называть «каплями Принца Руперта».
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 внутри стекло наконец охладится, оно сжимается внутри уже твердой внешней оболочки. Благодаря этому создается очень сильное напряжение.
Что интересно, капля обладает потрясающей прочностью! В отличие от обычного стекла, данную каплю нельзя разбить даже очень сильно ударив молотком – если бить по основной части «капли», ее нельзя раздавить прессом.
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:
Скорость движения разлома составляет примерно 4 тысячи 200 км в час.
Немного истории:
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. 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*. Принц проявлял интерес к научным экспериментам, так Руперт стал одним из основателей Королевского общества. В частности, он экспериментировал с производством пороха (предложенный им способ делал порох в 10 раз эффективнее китайского), пытался усовершенствовать ружья, изобрел сплав, известный как «металл принца», а также разработал приспособление 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 же касается Ботавских слезок — скорее всего, подобные стеклянные капли были известны стеклодувам с незапамятных времён, однако внимание учёных они привлекли довольно поздно: где-то в середине XVII века. Появились они в Европе (по разным источникам, в Голландии, Дании или Германии). В Англию их привёз принц Руперт Пфальцский, потому их и начали, с чьей-то легкой руки, называть
* 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. 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 материалам СМИ
Поделиться ссылкой:
ПохожееКапля 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.
Как фотографировать капли на стекле. Урок по фотосъемке
Немного креативности дома может обернуться большим удовольствием в фотографии. В этой статье вы узнаете, как создать миниатюрные миры с помощью капель воды и стекла! Процесс достаточно прост, вам просто нужен волшебный соус. Мы обязательно доберемся до него и узнаем, почему это работает в одно мгновение. Итак, давайте заглянем в это руководство по фотографированию капель воды.
Кто может устоять перед фотографированием клубного значка своей любимой спортивной команды?
Оборудование, которое вам понадобитсяЗа исключением камеры, все предметы, которые вам понадобятся, можно найти по всему дому.
Ниже приведен приблизительный список приспособлений, но у вас могут быть и другие альтернативы:
- Стекло. Вам нужно найти кусок стекла, на который будем лить воду. Оно должно быть чистым, без надписей. Стекло из фоторамки вполне подойдет.
- Стенд — здесь может пригодиться стопка книг, еще раз — используйте то, что у вас есть. Вам нужно будет иметь две стопки книг, между которыми разместится стекло. Высота каждой стопки должна быть около 20 см ображение или бумага с узором, которые вы хотите отобразить в капельках воды при их съемке.
- Камера. В идеале это будет DSLR, хотя любая камера, которая позволяет выполнять макросъемку, подойдет. Камера, которая позволяет использовать накамерную вспышку, еще лучше.
- Освещение — у вас есть два варианта: использовать вспышку или использовать прожектор. Ваш результат будет лучше со вспышкой, которая запускается с помощью пульта дистанционного управления, подключенного к фотокамере. Если это невозможно, вы можете использовать прожекторы для подсветки фона, тем ярче, чем лучше.
- Штатив — это ключ к обеспечению четкой фокусировки на каплях воды. Вы можете фотографировать и с рук, но результаты могут быть не такими хорошими.
- Вода – понадобится пипетка, чтобы поместить капли воды на стекло.
Волшебный соус — вам понадобится водоотталкивающий спрей для лобового стекла. Применив его, вы сможете создать красивые капли на стекле.
Вот некоторые приспособления, необходимые для фотографирования капель воды на стекле.
Установка
Теперь вышеуказанные предметы необходимо установить для фотографирования капель воды. Это простой процесс, поэтому выполните следующие действия:
- Сделайте две стопки книг. Они должны быть примерно 20 см (8 дюймов) в высоту и с достаточно большим промежутком, соответствующим вашему фону.
- Очистите стекло, убедившись, что на нем нет следов.
- Поместите стекло поверх двух стопок книг. Будьте осторожны со стеклом, старайтесь не разбить его!
- Нанесите капли воды на стекло с помощью пипетки. Форма капель и расстояние между ними зависит от вас.
- Разместите фон между двумя стопками книг.
- Поместите источник света поверх фона. Удостоверьтесь, что он не засветит стекло, цель – отразить свет от фона и вернуть его обратно через стекло.
- Поместите штатив рядом со стеклом.
- Закрепите камеру на штативе так, чтобы она «смотрела» вниз сквозь стекло. Убедитесь, что штатив устойчив и не наклонен или не опрокинется под весом камеры.
Это основная схема, которую я использовал для съемки этих фотографий. Вспышка еще не находится в правильном положении, она должна быть направлена на полосатый фон.
Как фотографироватьПосле подготовки вы готовы фотографировать. Ниже приводится пошаговое руководство о том, как это сделать:
- Сфокусируйте камеру на стеклянной пластине с интересным образованием капель воды. Чтобы получить самый резкий фокус, отключите автофокусировку камеры и используйте ручную. Теперь включите режим Live View, увеличьте масштаб (используя кнопку увеличения) и сфокусируйте объектив вручную, пока изображение не станет резким.
- Поместите фон так, чтобы он находится в лучшем положении. Посмотрите, как это выглядит в капельках воды, а также в качестве фона позади них.
- Используемые вами настройки камеры могут варьироваться. Мои – лишь отправная точка. Вспышка, которую вы используете, может отличаться по мощности, но, безусловно, нет необходимости в полной мощности. Для Canon 430ex II достаточно мощности 1/32. Для фотографий в этой статье была использована диафрагма f/9 и выдержка 1/60.
- Как только вы сделали фото, проверьте свои результаты. Теперь вы можете сфокусироваться на нескольких капельках, перемещать или менять фон.
Теперь ваша очередь!
Это, конечно, форма рефракционной фотографии, и это не единственный способ фотографировать капли воды.
Вы пробовали этот способ или что-то подобное? Этот простой способ можно опробовать дома, и это может сделать любой. Так почему бы не попробовать!?
Автор: Simon Bond
Перевод: Татьяна Сапрыкина
Стеклянные шкафы-витрины в форме капля
Если у вас уникальный продукт или выдающееся предложение, то представлять их необходимо только в оригинальной форме. Капля это одна из неподражаемых и стильных форм. В нашем интернет-магазине вы сможете приобрести или заказать стеклянные витрины в виде капли. Основное направление этой серии мебели специализируется на производстве и продаже гнутого, или моллированного, стекла. Такое стекло используется в производстве фасадов корпусной мебели, торгового оборудования, стеклянных шкафов-витрин для обстановки торговых помещений или жилых интерьеров. Разработано большое количество моделей и элементов мебели из гнутого стекла. Одной из таких моделей стала витрина Капля. Эту серию мебели дополняют витрины круглой, угловой, овальной и эллипсной формы. Стеклянные шкафы-витрины с гнутым стеклом будут большим дополнением для серии обеденных столов с закалённым стеклом и серии корпусной мебели с элементами из гнутого матового или прозрачного стекла.
Витрина «Капля» — пример нестандартного дизайна, в котором сочетаются оригинальность исполнения и компактность. Товар или коллекция, размещённые в витрине Капля, будут видны со всех сторон. Яркое направленное освещение акцентирует внимание на новинках. Нижняя и верхняя панели стеклянной витрины Капля выполняются из комбинированной мебельной плиты ДСП, в сочетании с МДФ, толщиной 35мм, а боковые стенки – из гнутого стекла толщиной 4мм с полированной кромкой.
Витрина для магазина Капля будет уместно смотреться как в ювелирном магазине, в отделе оптики, в магазине бижутерии, часов, сувениров, так и в интерьере жилой квартиры, в частности, для коллекционеров предметов интерьера. У нас можно приобрести витрину по самой привлекательной цене. В каждом магазине, на выставке, в музее, даже на маленькой торговой точке, обязательно есть стеклянная витрина. Товар или элемент коллекции в стеклянной витрине с гнутым стеклом можно разместить так, чтобы он был виден со всех сторон.
Физики объяснили взрыв замерзающих капель
Взрыв замерзающей капли
Sander Wildeman / Youtube
Физики из Университета Твенте описали процессы, приводящие к взрыву быстро замерзающих капель воды. В их основе лежит стремление воды расширяться при замерзании. Оказалось, что скорость, с которой разлетаются ледяные фрагменты, практически не зависит от размеров капли. По словам ученых, исследование поможет более точно смоделировать замерзание капель воды в облаках и образование града. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, кратко о нем сообщает Physics. В дополнительных материалах научной статьи авторы приводят видеозапись быстрых процессов, происходящих в капле.
При резком охлаждении жидкостей наблюдается ряд необычных процессов. К примеру, капля расплавленного стекла, падающая в холодную воду превращается в «каплю принца Руперта»: чрезвычайно прочную твердую каплю с длинным хвостом.
Сама капля способна выдержать удар молотка, но если обломить конец хрупкого хвоста, то вся структура взорвется, высвобождая внутреннее напряжение. Такое поведение связано с неравновесными процессами, происходящими при быстром застывании стекла.
В отличие от стекла, вода обладает важной особенностью — она расширяется при замерзании. Это явление изменяет то, как происходит резкое замерзание капли воды. Авторы новой работы с помощью скоростной съемки исследовали процессы, происходящие при замерзании и построили их модель.
В эксперименте небольшие капли воды помещали в камеру с низким давлением и быстро охлаждали, добиваясь переохлаждения. Это метастабильное состояние, в котором капля остается жидкой, несмотря на то, что ее температура уже ниже точки замерзания. Переохлажденная вода способна быстро замерзать от любого внешнего воздействия. Для того, чтобы капли оставались шарообразными, ученые использовали супергидрофобное покрытие. После охлаждения капли легко касались с помощью иглы из иодида серебра. Это инициировало образование льда.
Поначалу лед охватывал внешнюю поверхность капли и быстро начинал расти внутрь. Затем, под действием нарастающего давления происходил выброс жидкой воды на поверхность, которая тут же застывала. При дальнейшем замерзании во льду возникали трещины из-за его расширения, которые быстро заполнялись водой. Дальнейшее замерзание приводило к росту внутреннего давления и, в конечном итоге, ко взрыву через пару секунд, после начала процесса.
Ученые показали, что характеристики этого взрыва зависели в основном от материала капли — напряжения, которое выдерживает лед и объемного модуля упругости воды. Для капель миллиметровых размеров скорости разлетающихся осколков практически не менялись с изменением радиуса капли. Для более мелких капель начинала играть роль сила поверхностного натяжения — если их радиус не превышал 50 микрометров, то они и вовсе не взрывались.
Ранее физики из Института Жана Лерона Д’Аламбера (Париж) изучили как замерзают капли, смачивающие металл.
Исследователи обнаружили три различных сценария их замерзания: без возникновения трещин в растекшейся капле, с трещинами, расходящимися из одной точки, и с иерархическим образованием трещин. Ключевым параметром в исследовании была разница между температурами капли и металлической подложки. Похожее исследование, посвященное динамике разрушения, провела другая группа французских ученых. Физики нашли два сценария взрывов воздушных шаров.
Владимир Королёв
Капля принца Руперта | Смотреть, как эта стеклянная капля разбивает пулю
- Уникальная Капля принца Руперта представляет собой прочную стеклянную конструкцию, способную уничтожать пули.
- Когда капля — это , иногда разрушаемая пулей, это потому, что по хвосту проходит ударная волна.
- Внутри капли прочность на сжатие и остаточное напряжение работают вместе.
Слышали ли вы о дикой, почти неразрушимой капле принца Руперта? Science Alert недавно обнаружил видео с Smarter Every Day, в котором показано, как это чертовски прочное стеклянное чудо действительно разбивает пулю со скоростью 150 000 кадров в секунду.
⚗️ Вы любите крутые научные проекты. И мы тоже. Давайте вместе поработаем над ними.
Вот:
Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.
Чтобы сделать «Каплю принца Руперта», стеклянный манипулятор позволяет стеклу капать и падать в чан с водой. В результате получается головастик с очень длинным веревкообразным хвостом, а его откидная часть почти не имеет себе равных по силе.Стеклодувы играли с этим странно прочным стеклом на протяжении сотен лет, а сочетание сверхвысокоскоростных камер и научных знаний сделало 21-й век новым золотым веком для старого принца Руперта.
Общественное достояние
Стеклянная капля — волшебник классической науки. Жесткий, сильный выпуклый конец может буквально сломать пули, но один щелчок по , очень длинный и нитевидный хвост , и вся Капля принца Руперта не просто сломается — она испарит , и так быстро, что только высокий … Камера контроля скорости может показать, как отрыв начинается у хвоста и продвигается вперед.Так что же происходит внутри этого невероятного осколка стекла?
Адам Сэвидж и Джейми Хайнеман из Разрушителей легенд обсуждали Каплю принца Руперта в мини-сериале 2014 года для Corning. С 1800-х годов Corning производит специальное стекло и использует современную науку для улучшения технологии изготовления стекла, от промышленного и военного применения до термостойкого стекла Corning Ware для приготовления пищи и выпечки.
Капля — новинка в том, как она представлена и уничтожена, но уроки внутри нее широко применимы для улучшения стекла на протяжении сотен лет:
Этот контент импортирован с YouTube.Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.
Savage позволяет расплавленному стеклу упасть в резервуар, где оно начнет шипеть в сверхмедленной съемке. Он объясняет, что то, что происходит, включает в себя быстро остывающую поверхность и все еще расплавленную внутреннюю часть капли, которые образуют общую структуру с нерушимой внешней стороной и внутренней, удерживаемой остаточным напряжением.
🔬Лучшие микроскопы для любого возраста
SE306R-PZ-LED Передний бинокулярный стереомикроскоп
AmScope амазонка.ком194,99 долл. США
SE400-Z Профессиональный бинокулярный стереомикроскоп
AmScope amazon.com223,99 долл. США
Andonstar AD407 Цифровой паяльный 3D-микроскоп 3D HDMI
Андонстар amazon.
com 319,00 долл. США184,99 руб. (12%)
Внешняя сторона капли расплавленного стекла очень быстро охлаждается и образует оболочку, которую остальная часть стекла внутри должна продолжать заполнять, даже если она тоже остывает и хочет втягиваться.
Поскольку вся структура капли втягивается настолько, насколько это физически возможно, форма и внутреннее напряжение образуют невероятный амортизатор. «Я чувствую, что нас обманули», — говорит Хайнеман, наблюдая, как молоток не разбивает каплю. «Мы не обманывались», — отвечает Сэвидж. «Мы испытали силу сжатия!»
Смотреть это:
Но у Prince Rupert’s Drop есть то, что Сэвидж называет ахиллесовой пятой. Если вы прорежете длинный хвост капли — а он может быть длиной в метр или больше — все сжатие и натяжение снимаются сразу.
Капля взрывается как кинетическая бомба , но конкурирующие силы означают, что стекло сначала испаряется почти на месте, а не взрывается наружу. Природа реакции подчеркивает, насколько поверхностное натяжение на быстро охлаждающейся внешней стороне капли удерживало все вместе.
Капля расплавленного стекла медленно падает в воду.
Твердый принц Руперт Капля взрывается в сверхзамедленной съемке.
Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.
Это видео о том, как пули, поражающие «нерушимые» капли принца Руперта, взорвут ваш разум
Для тех из вас, кто не знаком с каплей принца Руперта, эта странная научная загадка представляет собой простой стеклянный объект, созданный путем капания расплавленного стекла в очень холодную воду.
Этот процесс создает всевозможные сумасшедшие физические свойства, о которых мы поговорим позже, но конечным результатом является кусок стекла в форме капли, который практически не разбивается на выпуклом конце, но может разбиться при малейшем ударе.
давление на удлиненный хвостовой конец.
Физики были одержимы этими «небьющимися» стеклянными каплями с 1600-х годов. Но что будет, если выстрелить в одного пулей?
В видео 2016 года Дестин из Smarter Every Day использовала новейшие технологии, чтобы выяснить это, задокументировав все это со скоростью 150 000 кадров в секунду.
Спойлер: Капли принца Руперта настолько сильны, что на самом деле заставляют пулю разбить .
Итак, что здесь происходит? Как вы можете видеть на видео выше, при съемке капли принца Руперта обычно разбивается и стеклянный объект, но это не из-за разбивания стекла на толстом конце.
В великолепной замедленной съемке вы можете наблюдать, как пуля крошится о широкий конец капли, посылая ударные волны, которые затем сотрясают остальную конструкцию и заставляют тонкий конец ломаться, в результате чего вся вещь взрывается.
Чтобы понять, как это работает, вам сначала нужно понять, почему дроп принца Руперта вообще такой странный.
Когда создается капля принца Руперта, расплавленное стекло выливается в очень холодную воду, в результате чего внешняя часть капли остывает и затвердевает почти мгновенно, в то время как внутренняя часть остается расплавленной и остывает медленнее.
Из-за теплового расширения стекло хочет расширяться в горячем состоянии и сжиматься в холодном состоянии.
Это означает, что по мере того, как расплавленное стекло внутри стекла постепенно остывает, оно хочет сжаться и втянуть твердый внешний слой внутрь.Но поскольку внешний слой уже затвердел, это только делает все это плотнее, делая выпуклый конец капли принца Руперта в значительной степени неразрушимым и, как оказалось, пуленепробиваемым.
Но поскольку внешняя сторона стекла находится в чрезвычайно высоком сжимающем напряжении, а внутренняя — в чрезвычайно высоком растягивающем напряжении, при разрыве одного звена все это взрывается, питаясь накопленной внутренней энергией.
Вот что происходит, когда хрупкий тонкий конец в задней части капли ломается — он высвобождает всю накопившуюся энергию, и поэтому все разбивается.
Чтобы понять это правильно, посмотрите это невероятное замедленное видео, которое Дестин первоначально сделал на падении принца Руперта несколько лет назад:
Теперь мы знаем, что эти невероятные осколки стекла на еще более увлекательны. , потому что они также могут выдержать пулю из винтовки .22 при выстреле под прямым углом.
На самом деле, если вы посмотрите до конца, вы увидите след, оставленный на одной из капель принца Руперта, который был только задет пулей и даже не сломался.Эпично.
Версия этой статьи была первоначально опубликована в 2016 году.
Физика того, почему падение принца Руперта не разбивается
Этот предмет в форме капли, названный Каплей принца Руперта, представляет собой парадокс, заключенный в стеклянную структуру.
Создается, просто погружая расплавленное стекло в холодную воду.
Но эта реакция придает стеклу довольно удивительные свойства.Возьмите трещину при ударе по голове, и ее практически невозможно сломать.
Но стоит немного повернуть его хвостом, и все это превратится в блестящие брызги взорванного стекла.
YouTube / SmarterEveryDay
Но почему?
Ответ кроется в его внутреннем балансе сжимающих и растягивающих напряжений.
После того, как стакан опущен в воду, внешний слой стекла остывает, а внутренний остается относительно горячим. Внешний слой стекла сжимается при охлаждении и принимает твердую форму.
Когда стеклянная сердцевина капли в конце концов остывает, молекулам внутри некуда сжиматься, потому что внешний слой уже затвердел, поэтому они притягиваются друг к другу, создавая внутри колбы сверхвысокое напряжение, которое в конечном итоге затвердевает. Это напряжение снимается, когда хвост даже слегка подгоняют, он высвобождает каскад энергии, который распространяется по всему хвосту и луковице, взрывая его наружу.
Посмотрите все видео, размещенное на YouTube компанией SmarterEveryDay, чтобы увидеть еще больше потрясающих снимков разбитого стекла в замедленной съемке.
400-летняя тайна капель принца Руперта наконец раскололась
Капля принца Руперта выглядит как стеклянный головастик с фестиваля ремесел для начинающих, но она настолько сильна, что выдерживает удар молотком, не разбиваясь. Это было бы достаточно впечатляюще, но если сломать ему хвост, что можно сделать нажатием пальца, капля взорвется в порошок.Причина этого вводила ученых в заблуждение на протяжении 400 лет, но команда из Университета Пердью, Кембриджского университета и Таллиннского технологического университета в Эстонии наконец нашла ответ.
Капли принца Руперта, также называемые батавскими слезами, были обнаружены в 17 веке и стали известны, когда принц Руперт Баварский подарил пять диковинок английскому Карлу II. Они были переданы Королевскому обществу для изучения в 1661 году, но, несмотря на четыре столетия исследований, секрет сочетания большой силы и саморазрушительной хрупкости капли оставался неуловимым.
Для приготовления капель возьмите горячие красные капли расплавленного стекла с высоким коэффициентом теплового расширения, например натриево-кальциевого или кремневого стекла, и поместите их в сосуд с холодной водой.
Расплавленное стекло мгновенно затвердевает в характерную форму хвостатой капли в процессе закалки, аналогичном тому, который использовался для изготовления закаленного стекла для экранов современных смартфонов, который не был открыт до 19 века.
Университет Пердью
Вместе с профессором промышленной инженерии Purdue Сринивасаном Чандрасекаром руководитель группы Хиллар Абен из Таллиннского университета использовал интегрированную фотоупругость для исследования капель.Это метод, при котором прозрачный трехмерный объект подвешивается в иммерсионной ванне и через него пропускается поляризованный свет. Изменения поляризации света внутри объекта проявляются в виде радужных полос, соответствующих линиям напряжения.
Предыдущая работа Чандрасекара и кембриджского физика Мунавара Чаудри в 1994 году показала, что, сняв взрывающуюся каплю со скоростью почти один миллион кадров в секунду, можно было увидеть, как трещины распадаются внутри нее со скоростью более 4000 миль в час (6437 км / ч), когда хвост был отрезан.
Интегрированная фотоупругость капли принца РупертаPurdue University
Сосредоточившись на головке капли, а не на хвосте, текущее исследование показало, что сжимающие напряжения в стекле составляют около 50 тонн на квадратный дюйм, что придает ему прочность некоторых сталей. По словам команды, это связано с тем, что внешняя сторона капли остывает быстрее, чем внутренняя. Это превращает внешнее пространство в слой мощных сжимающих сил, толкающих внутрь.Они уравновешиваются растягивающими или тянущими силами внутри капли.
Пока эти силы остаются в равновесии, падение остается стабильным и может выдержать огромные нагрузки. Обычно, поскольку стекло представляет собой переохлажденную жидкость, а не твердое тело, любые трещины на поверхности распространяются со скоростью звука через стеклянный объект, разбивая его.
Но в капле принца Руперта граница раздела между внутренней и внешней областями отклоняет силы в сторону, поэтому трещина не может распространяться.Однако, если хвост сломан, мелкие трещины в хвосте появляются параллельно оси капли, глубоко в голову и в поверхность раздела. Урон настолько велик, что уравновешенные силы высвобождаются, в результате чего капля взрывается.
1994 высокоскоростное фотографическое изображение взрывающейся капли принца РупертаPurdue University
«Растягивающее напряжение — это то, что обычно вызывает разрушение материалов, аналогично разрыву листа бумаги пополам», — говорит научный сотрудник Purdue Кушик Вишванатан.«Но если вы можете изменить растягивающее напряжение на сжимающее, тогда трещинам будет трудно расти, и именно это происходит в головной части капель принца Руперта».
Исследование было опубликовано в Applied Physics Letters , и его результаты обсуждаются в видео ниже.
Источник: Purdue University
Капли принца Руперта: раскрыта тайна 400-летней давности
Возможно, наконец разгадана 400-летняя тайна этих разбивающихся пулями стеклянных капель | Умные новости
Начиная с 17 века капли принца Руперта вызывали у ученых недоумение.Капли получают путем погружения бусинки расплавленного натронно-известкового или кремневого стекла в холодную воду, которая образует кусок стекла в форме головастика. Хотя головка капли невероятно сильна и может противостоять всему, от удара молотка до разлетающихся пуль, простое движение хвоста кристалла может привести к тому, что все это разорвется в порошок. Теперь, как сообщает Дэвид Сонди из New Atlas , исследователи наконец выяснили секреты этих падений.
Еще в 1994 году исследователи использовали высокоскоростную фотографию для записи и анализа того, как разбиваются капли, сообщает Лиза Зайга для Phys.орг. Они пришли к выводу, что поверхность капли испытывает высокое сжимающее напряжение, в то время как внутренняя часть капель находится под высоким напряжением. Хотя эта комбинация делает голову очень сильной, она не находится в равновесии, что означает, что даже небольшое нарушение в хвосте заставляет все это дестабилизировать и разваливаться. Фактически, трещины движутся со скоростью 4000 миль в час, в результате чего стекло распыляется.
Но только последние технические достижения позволили исследователям детально изучить распределение напряжений.Они использовали микроскоп, известный как просвечивающий полярископ, для изучения напряжений внутри стекла. Посылая красный светодиодный свет через каплю, когда она была погружена в прозрачную жидкость, они могли измерить, насколько напряжения в капле замедляют свет. Общий эффект — это радужная оптическая карта сил внутри капли. Затем, используя математические модели, исследователи рассчитали различные внутренние и внешние силы. Они подробно рассказали о своих результатах в прошлом году в журнале Applied Physics Letters.
Напряжения в «Капле принца Руперта» (Абен и др. / Американский институт физики)Было рассчитано, что сжимающее напряжение вокруг головки капли составляет от 29 до 50 тонн на квадратный дюйм, что делает стекло таким же прочным, как некоторые виды стали. Но эта сила существует только в тонком слое, который составляет всего десять процентов диаметра головы.
Чтобы разбить каплю, трещина должна пройти через этот слой и достичь внутренней зоны растяжения.Но внешний слой настолько прочен, что большинство трещин просто образуют паутину на поверхности. А вот с хвостом — совсем другое дело. Эту тонкую стеклянную полоску легко разбить, она напрямую связана с этой чувствительной зоной внутреннего напряжения.
Поэтому, когда оно разбивается, остальная часть стекла разбивается.
Формирование зон силы и слабости связано с тем, как образуются капли. «Поверхность капель охлаждается быстрее, чем внутренняя часть, создавая комбинацию сжимающих напряжений на поверхности и компенсируя растягивающие — или растягивающие — напряжения внутри капель», — говорится в пресс-релизе.
«Растягивающее напряжение — это то, что обычно вызывает разрушение материалов, аналогично разрыву листа бумаги пополам», — говорится в пресс-релизе Кушик Вишванатан из Университета Пердью, автор статьи. «Но если вы можете изменить растягивающее напряжение на сжимающее, тогда трещинам будет трудно расти, и именно это происходит в головной части капель принца Руперта».
Исследователи ломали голову над этими каплями около 400 лет.Они были названы в честь принца Германии Руперта, который дал пять странных капель английскому Карлу II. С тех пор ученые пытались выяснить, почему капли такие сильные. Люди испробовали все, чтобы разбить этих сумасшедших стеклянных головастиков, от стрельбы по каплям до раздавливания их в гидравлических прессах. Но эти эксперименты примечательны не только тем, что пытаются разрушить структуры (хотя на это довольно интересно смотреть).
Как сообщает Эндрю Лишевски из Gizmodo , информация о падениях может привести к появлению новых типов небьющегося стекла и, что наиболее важно, экранов сотовых телефонов, которые не трескаются.
Понравилась статья?
ПОДПИШИТЕСЬ на нашу рассылку новостей
Видео: Почему молоток не разбивает этот необычный кусок стекла | Наука
Дэниел Клери,
Прочные, но хрупкие физические свойства кусков стекла в форме головастиков, известных как капли принца Руперта, озадачивали физиков с тех пор, как, ну, в общем, физиков.
Ударьте по голове молотком, и капля едва не поцарапается. Но отломите его тонкий хвост, и он разлетится на мелкую пудру. Исследователи давно поняли, что сила капель, названных в честь принца Руперта Баварского, который подарил пять из них британскому королю Карлу II в 1660 году, имеет какое-то отношение к напряжениям в стекле, возникающим, когда капля образуется при попадании капли. расплавленного стекла попадают в воду, так что она быстро остывает. Двадцать лет назад пара исследователей сняла высокоскоростное видео распада капли, показав, что при разбивании хвоста трещины распространяются по напряженному стеклу со скоростью более 1700 метров в секунду.Эти исследователи теперь объединились с другими, чтобы изучить стрессы в голове капли. Используя технику, называемую интегрированной фотоупругостью, они погружают каплю в жидкость и пропускают через нее поляризованный свет. Напряженные области по-разному распространяют поляризованный свет, и, обрабатывая свет методами, аналогичными тем, которые используются при сканировании с помощью компьютерной томографии в медицине, исследователи смогли нанести на карту различные слои напряжений внутри капли. Чрезвычайная прочность головы, как они сообщили в Applied Physics Letters , возникает не от растягивающего или растягивающего напряжения, как давно полагали исследователи, а от сжимающего напряжения.Команда измерила сжимающее напряжение в головке капли, эквивалентное более чем в 4000 раз атмосферному давлению, что делает ее такой же прочной, как у некоторых марок стали. Напряжения растяжения, которые существуют в хвостовой части и внутри капли, имеют тенденцию к распространению трещин, но лежащее выше сжимающее напряжение в головке подавляет их. Сжимающий внешний слой защищает голову от ударов молотка. Но защелкивающийся хвост позволяет трещинам проходить сквозь каплю, и хотя сжимающееся внешнее покрытие замедляет образование трещин, к этому моменту оно не может их остановить.
Парадокс падения принца Руперта
Капля принца Руперта — это стеклянный артефакт, обладающий двумя противоположными друг другу свойствами: они одновременно чрезвычайно прочные и чрезвычайно хрупкие.
Капля похожа на головастика с выпуклой головой и длинным тонким хвостом. Голова настолько прочна, что может выдержать удар молотка, а пули, выпущенные в нее в упор, разбиваются при ударе — пуля, а не стекло.Тем не менее, если вы возьмете хвост капли и щелкнете пальцем, она заставит всю каплю, включая головку из закаленного стекла, взрывным образом распасться в порошок.
Капли принца Руперта изготавливаются путем опускания ложки расплавленного стекла в холодную воду, в результате чего его внешняя поверхность мгновенно затвердевает, в то время как внутренняя часть стеклянной капли все еще остается расплавленной. Охлажденный внешний слой пытается сжаться, в то время как расплавленный внутренний слой пытается расшириться. По мере того, как все это кристаллизуется, эти противоположные силы, действующие на головку капли, заставляют ее приобретать необычно высокую прочность, но при этом оставаться хрупкой, если что-то нарушит равновесие.Это похоже на каменную арку — все это находится под крайним напряжением, и это напряжение поддерживает арку. Но как только вы удалите замковый камень, вся арка рухнет.
Капли принца Руперта известны в Германии с 1640-х годов. Первоначально они были созданы стекольниками в Мекленбурге на севере Германии и продавались в качестве игрушек и диковинок по всей Европе, где их называли разными именами, такими как «прусские слезы» и «голландские слезы». Стеклодувы тщательно хранили свой секрет, что привело к целому ряду теорий о том, как они создавались.
Английский ученый-любитель Маргарет Кавендиш, герцогиня Ньюкасл, после нескольких недель экспериментов с десятками образцов в своей лаборатории, пришла к выводу, что в голову было введено небольшое количество летучих веществ, которые бурно реагировали на контакт с воздухом.
В 1660 году принц Руперт, герцог Камберленд и один из основателей Королевского общества, принес некоторые из этих капель для демонстрации Обществу и королю Карлу II, назвав свое имя стеклянным пузырям.
Роберт Гук, отвечавший за те эксперименты, которые проводились до Общества, сделал важный прорыв, предположив, что именно дифференциальное охлаждение стекла после того, как оно было погружено в воду, привело к тому, что оно приобрело это странное свойство, хотя Более полное понимание механики ускользнет от ученых в течение следующих трех столетий.
Только в 1994 году ученые из Университета Пердью и Кембриджского университета, используя высокоскоростную рамочную фотографию для наблюдения за процессом разрушения капли, пришли к выводу, что поверхность каждой капли испытывает сильные сжимающие напряжения, а внутренняя часть — высокое напряжение сил — состояние неравновесного равновесия, которое можно легко нарушить, сломав хвост.Эксперименты показывают, что выпуклая головка может выдерживать сжимающую силу до 100 000 фунтов на квадратный дюйм. На основе видеозаписи с высокой скорости было подсчитано, что распадающиеся трещины распространяются через хвост и в голову с поразительной скоростью — более 6500 километров в час.
В ходе дальнейшего сотрудничества с Таллиннским технологическим университетом в Эстонии в 2017 году исследователи обнаружили, что для разрушения капли необходимо создать трещину, которая может проникнуть во внутреннюю зону растяжения в капле.Внешний сжимающий слой очень тонкий, всего около 10 процентов диаметра головки капли, но имеет высокую прочность на излом. Поскольку трещины на поверхности имеют тенденцию расти параллельно поверхности, они не могут попасть в зону растяжения. Но если хвост треснул, это заставляет трещины стрелять параллельно оси капли в зону растяжения, высвобождая всю накопившуюся энергию, и заставляет все это разрушаться.
Закаленное стекло, обычно используемое в автомобилях и мобильных телефонах, производится по тому же принципу.Стекло быстро охлаждается, пока еще расплавлено, струями холодного воздуха, создающими внутреннее напряжение, которое постоянно держит поверхность сжатой. Сжатие предотвращает рост трещин, но когда стекло наконец разбивается, оно разбивается на тысячу частей.