С 17-го века капли принца Руперта озадачили ученых. Капли изготавливаются путем погружения шарика расплавленного содово-известкового или кремниевого стекла в холодную воду, которая образует кусок стекла в форме головастика. Хотя головка капли невероятно сильна и может противостоять всему: от удара молотка до ускорения пуль, простое колебание хвоста кристалла может привести к тому, что все это превратится в порошок. Теперь, как сообщает Дэвид Сонди из New Atlas, исследователи наконец-то выяснили секреты этих капель.
Еще в 1994 году исследователи использовали высокоскоростную фотографию, чтобы записать и проанализировать, как разбиваются капли, сообщает Лиза Зига для Phys.org. Они пришли к выводу, что поверхность капли имеет 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 повреждение хвоста приводит к дестабилизации и развалу всего этого. Фактически, трещины движутся со скоростью 4000 миль в час, что распыляет стекло.
Но только в последние технологические достижения исследователи могли изучить распределение напряжения в деталях. Они использовали микроскоп, известный как просвечивающий полярископ, для изучения напряжений внутри стекла. Посылая красный светодиод через каплю, когда она была погружена в прозрачную жидкость, они могли измерить, как напряжения в капле замедляют свет. Общий эффект представляет собой радужную оптическую карту сил внутри капли. Используя математические модели, исследователи затем рассчитали различные внутренние и внешние силы. Свои результаты они опубликовали в прошлом году в журнале « Прикладная физика».
Стрессы на протяжении всей капли 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 от диаметра головы.
Чтобы разбить каплю, трещина должна пройти через этот слой и достичь зоны внутреннего натяжения. Но внешний слой настолько силен, что большинство трещин просто образуют паутину вдоль поверхности. Хвост, однако, это другая история. Этот тонкий пучок стекла можно легко разбить, обеспечивая прямую связь с этой чувствительной зоной внутреннего натяжения. Поэтому, когда он разбивается, остальное стекло разбивается.
Формирование зон силы и слабости связано с тем, как образуются капли. «Поверхность капель остывает 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», - пишет в пресс-релизе Кушик Вишванатан из Университета Пердью, автор статьи. «Но если бы вы могли изменить растягивающее напряжение на сжимающее напряжение, то трещинам стало бы трудно расти, и именно это происходит в головной части капель принца Руперта».
Исследователи ломали голову над этими каплями в течение приблизительно 400 лет. Они были названы в честь принца Руперта из Германии, который подарил пять странных капель английскому Карлу II. С тех пор ученые пытались выяснить, что делает капли такими сильными. Люди перепробовали все, чтобы сломать этих сумасшедших стеклянных головастиков, от стрельбы по каплям до сжатия их в гидравлических прессах. Но эти эксперименты отличаются не только забавой от попыток разрушить сооружения (хотя наблюдать за ними довольно весело).
Как сообщает Эндрю Лишевски из Gizmodo, изучение капель может привести к появлению новых типов небьющихся стекол и, что самое важное, не взламываемых экранов мобильных телефонов.
