Капля принца Руперта против пули: самое прочное стекло в мире
Капли принца Руперта, они же батавские слезки и болонские склянки — это застывшие капли закаленного стекла, обладающие невероятной прочностью. По ним можно бить молотком, и они не разобьются. Как же они отреагируют на попадание пули?
Редакция ПМ
www.popmech.ru
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
Загадки, гипотезы, сенсации.
finesell.ru
Капли принца руперта — удивительный секрет стекла
Делитесь нашими статьями!
Капли принца Руперта
4.5 (90%) 2 votes
Сегодня нашел для вас кое-что новое и интересное, хотя возможно это новое лишь для меня, но уж интересным точно окажется для всех — капли принца Руперта. Давайте разберемся, что же это за капли и чем они интересны…
Что такое капли принца Руперта
Капли принца Руперта это стеклянные капли с тонким хвостиком, которые получились в результате помещения в воду расплавленного стекла. А интересное в них то что их практически невозможно раздавить, растоптать, разбить или уничтожить любым другим доступным людям способом, однако это касается только самой капли, но у нее есть и тонкий хвостик, в котором и прячется уязвимость казалось бы неразрушимой вещи, причем если его сломать, то происходит самый настоящий стеклянный взрыв. Смотрите сами как каплю принца Руперта безуспешно пытаются раздавить гидравлическим прессом:
и как она легко взрывается при повреждении тонкого кончика: Ну что, интересный эффект?
Давайте разберемся, как же получается такой интересный результат? Для этого надо понять как получаются капли принца Руперта.
Капли принца Руперта как сделать
Для того чтобы сделать капли принца Руперта необходимо расплавленное стекло поместить в воду. При попадании расплавленного стекла в холодную воду, происходит процесс его очень быстрого застывания с одновременным накоплением огромного внутреннего напряжения. Причем остывание происходит хоть быстро, но не мгновенно поэтому когда поверхностный слой уже остыл, затвердел и уменьшился в объеме, внутренняя часть капли, назовем ее условно ядро, все еще находится в жидком и расплавленном состоянии.
Далее начинает остывать и сжиматься ядро, но сжиматься ему мешают межмолекулярные связи с внешним уже твердым слоем, в результате чего после остывания ядро занимает объем больший, чем если бы оно охлаждалось в свободном виде.
Из-за этого на границе внешнего слоя и ядра действуют силы с противоположным направлением, которые тянут внешний слов вовнутрь, а ядро наружу и создающие соответственно напряжение сжатия для внешнего слоя и напряжение растяжения для внутреннего ядра. В итоге мы имеем огромное внутренне напряжение, которое делает каплю очень прочной, но в тоже время любое повреждение внешнего слоя приводит к нарушению структуры и стеклянному взрыву, ну а так как самое тонкое место это хвостик, именно через него и можно разрушить наружный слой для того чтобы получился такой красивый взрыв как на видео выше или на фото ниже:
А это видео для тех кому легче воспринимать видеоинформацию, чем читать много букв:
Когда и где были обнаружены капли принца Руперта
Капли принца Руперта были впервые открыты в Германии в 1625 году, однако как часто бывает бытовало мнение, что их открыли голландцы, а может так красивей звучало, ведь все заграничное вызывает больше любопытства, в этом времена не меняются, отсюда пошло второе название для этих капель — голландские слезы.
Причем же здесь принц Руперт спросит читатель? Дело в том,что принц Руперт, британский герцог был тем человеком, который привез эти капли в Англию и преподнес их английскому монарху КарлуII. Королю очень понравились интересные стеклянные капли и он отдал их на изучение Британскому Королевскому Научному Обществу. В честь этих событий любопытные капли и стали называть капли принца Руперта, причем название это прекрасно сохранилось до наших дней. Вот он яркий пример того, как можно войти в историю просто подарив интересную вещь нужному человеку.
Интересно, что способ изготовления голландских слез долгое время держали в секрете, в то же врем продавая их как интересные игрушки на ярмарках и рынках.
Почитал что пишут о принце Руперте .Биография его достаточно интересна, он был замешан в большом количестве исторических событий, но это скорее тема для отдельного поста.
Когда заканчивал пост нашел интересное и подходящее по теме видео , в котором весь процесс показан от начала и док конца — от создания капли принца Руперта, до стеклянного взрыва:
Вот теперь тема капли принца Руперта полностью раскрыта и можно спокойно в компании блеснуть этим знанием или вообще сделать подобные капли ( только осторожно). На этом на сегодня все, до новых встреч!Делитесь нашими статьями!
www.zacepilo.net
Необычные свойства стеклянной капли принца Рупперта. Видео
Маленькая капля стекла, похожая на головастика с большой головой и длинным тонким хвостиком. Она, казалось бы, такая хрупкая и уязвимая, на самом деле чрезвычайно прочна. Настолько, что способна противостоять летящей пуле и немалому давлению гидравлического пресса.
Стеклянная капля принца РуппертаИ секрет ее прочности хранится именно в тонюсеньком хвостике.
Как в сказке про Кощея Бессмертного, если найти нужную иглу и сломать ее, то и замок злодея, и он сам разлетятся на мелкие части. Так же происходит и с каплей стекла, о которой пойдет речь.
Насколько длинна история этих капель неизвестно, скорее всего, она столь же длинна, как и история стекла. А в Европе об этих каплях и их удивительных свойствах узнали в середине 17 века. Случилось это благодаря принцу Рупперту, герцогу Камберлендскому, — сыну короля Чехии Фридриха V. Именно он привез такие капли в Англию и подарил Карлу II, английскому королю того времени. Слава о них разлетелась по Европе, и капли стали продавать (достаточно дорого) в качестве забавных вещей. Секрет изготовления капель держался в тайне!
С этих пор их стали называть «каплями принца Рупперта».
Хотя у них есть и другие названия, поскольку о каплях до того времени было известно в нескольких европейских странах, в которых, собственно говоря, Рупперт и узнал о них. Например, в Голландии такие капли стекла носили называние — «батавские слезки».
Технология изготовления капель чрезвычайно проста. Берется емкость с холодной водой, в которую опускают раскаленную до 600 градусов по Цельсию каплю стекла. Наружная оболочка ее быстро затвердевает, и получается «стеклянный головастик».
Люди уже несколько столетий знали о феноменальных свойствах этого «головастика», но объяснить их смогли лишь недавно.
Каковы эти свойства? Высокая прочность «головы» капли. Если по ней бить молотком, то, в лучшем случае, можно добиться появления трещины. Но если у капли отломить кончик хвостика — она мгновенно разлетится на мельчайшие осколки. На замедленной съемке видно, что при обламывании «хвостика» вдоль тела капли с огромной скоростью распространяются трещины, в итоге приводящие к взрыву капли.
Предупреждаем! Зрелище это интересное, но опасное, поэтому опыт можно проводить, лишь защитив глаза.
А вот так капля принца Рупперта ведет себя под прессом. При этом «голова» капли должна попадать под пресс, а ее «хвостик» — нет.
Невероятно! Люди пошли дальше и решили посмотреть, сможет ли каплю разбить летящая пуля. Вот что из этого получилось.
Как видно из замедленной съемки, сначала пуля разлетается на части, а лишь потом капля.
Отчего же так происходит? Когда раскаленная капля попадает в ледяную воду, ее верхний слой мгновенно охлаждается и становится твердым. Процесс происходит настолько быстро, что объем капли остается прежним, хотя известно, что при охлаждении объем должен уменьшаться.
Внутренняя часть капли остывает медленнее, поэтому должно бы происходить уменьшение объема, но этого не дает сделать твердая наружная оболочка капли. В итоге происходит растягивание ее внутреннего слоя.
Если разрушить прочную оболочку капли, то ее «растянутые внутренности» разлетятся во все стороны стеклянной пылью. Самый простой способ сломать оболочку — отломить «хвостик» капли.
Современные ученые, чтобы понять, что происходит в теле капли, во время эксперимента светили на нее поляризованным светом — волны в нем распространяются в одном направлении, а не во всех, как в обычном свете. Это позволило увидеть слои с разным напряжением и понять, как они себя ведут. Было измерено, что «головка» капли столь же тверда, как и сталь. Потому и способна выдержать такую же нагрузку, как и сталь.
morefactov.ru
Капля Руперта. Стеклянный головастик крепче металла.
Если расплавить стекло и капнуть им в воду, то получится стеклянный сперматозоид своеобразная капля из стекла с длинным хвостом. Так вот эту стеклянную каплю нельзя разбить молотком, и даже раздавить под прессом — она деформирует металл, но остается целой и невредимой. Не верите? Смотрите!
Однако стоит обломить головастику хвост — как весь головастик взорвется.
Пояснения из Вики:
«Расплавленное стекло при понижении температуры не кристаллизуется, а переходит в стеклообразное состояние, то есть атомы твердеющего стекла не успевают занять свои «правильные», такие же, как в кристалле, места, а формируют структуру, подобную структуре жидкости. Важно отметить, что характеристики стекла в этом состоянии — в частности, объём — существенно зависят от скорости охлаждения расплава.
Когда капля стекла, расплавленного при температуре 400—600 °C, попадает в воду, её внешний слой охлаждается так быстро, что структура стекла не успевает перестроиться, и соответствующее изменение (уменьшение) объёма мало́. С другой стороны, сердцевина капли остывает медленно, и потому структура стекла сердцевины изменяется в гораздо большей степени, чем у стекла в наружном слое. Однако объём сердцевины не может измениться соответственно изменению структуры, поскольку такому изменению объёма препятствует внешний слой. В результате сердцевина оказывается растянута, а внешний слой — сжат. Иначе говоря, во внутренней части остывшей капли действуют механические напряжения растяжения, а во внешней части — напряжения сжатия. Сжатая оболочка очень прочна (так же устроены, например, донышки аэрозольных баллонов или бетонные тоннели метро), но если оболочку разрушить, все напряжения высвобождаются, и капля взрывается.
Аналогичным образом получают закалённое стекло — однако у него нет того хвостика, за который можно сломать оболочку (точнее, такими «хвостиками» являются углы с наибольшей кривизной). Если оболочку всё-таки удастся сломать (например, вставив стакан из такого стекла в другой стакан и нагрев, или ударив по торцу листа из такого стекла), возможен такой же «взрыв».»
А кто такой Руперт и при чем тут он?
В Британии стеклянные слезы стали известны благодаря британскому герцогу Руперту Пфальскому. Он преподнес их королю Карлу II, который, в свою очередь, вручил их на исследование Королевскому Научному Обществу. В честь герцога стеклянные слезы начали называть «капли Руперта». Способ изготовления капель герцога Руперта долгое время содержался в секрете. Их продавали всем желающим, как потешные игрушки.
voogg.livejournal.com
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
Капля принца Руперта ≪ ∀ x, y, z
Разрешите познакомить вас с одним из интересных свойств стекла, которое принято называть каплями (или слезами) принца Руперта. Если капнуть расплавленное стекло в холодную воду, оно застынет в форме капли с длинным тоненьким хвостиком. Из-за мгновенного охлаждения капля приобретает повышенную твердость, то есть раздавить ее не так уж и просто. Но стоит у такой стеклянной капли отломить тонкий хвост — и она тут же взорвется, рассыпая вокруг себя тончайшую стеклянную пыль.
Стеклянные капли придумали в Германии в 1625 г. В XVII веке бытовало мнение, что стеклянные слезы на самом деле придумали в Голландии, поэтому их стали неверно называть «голландскими». В Британии стеклянные слезы стали известны благодаря британскому герцогу Руперту Пфальскому. Он преподнес их королю Карлу II, который, в свою очередь, вручил их на исследование Королевскому Научному Обществу. В честь герцога стеклянные слезы начали называть «капли Руперта». Способ изготовления капель герцога Руперта долгое время содержался в секрете. Их продавали всем желающим, как потешные игрушки.
Сегодня механизм «работы» голландских слез тщательно изучен. Если расплавленное стекло попадает в холодную воду, оно быстро застывает, накапливая невероятное механическое напряжение. Условно выделим в капле наружный слой и внутреннее ядро. Капля охлаждается с поверхности, и её внешний слой поджимается и уменьшается в объеме, пока ядро остается жидким и горячим.
После того как внутри шарика понизится температура, начнет сжиматься и ядро. Однако процессу станет сопротивляться уже твердый внешний слой. С помощью межмолекулярных сил притяжения он цепко удерживает ядро, которое, остыв, вынуждено занимать больший объем, чем если бы оно охладилось свободно.
В следствии на границе между внешним слоем и ядром возникнут силы, тянущие внешний слой внутрь, создавая в нем напряжения сжатия, а внутреннее ядро — наружу, образуя в нем напряжения растяжения. Данные напряжения при слишком быстром охлаждении весьма значительны. Так что внутренняя часть шарика может оторваться от наружной, и тогда в капельке образовывается пузырек.
Если нарушить целостность поверхностного слоя слезки, то сила напряжения незамедлительно высвободится. Сама по себе застывшая стеклянная капля весьма крепкая. Она легко выдерживает удар молотком. Однако если переломить её хвостик — она разрушается настолько стремительно, что это скорее похоже на стеклянный взрыв.
forany.xyz