Что такое руперт металл
Знаете ? Признаюсь честно, я не знал. Но судя по информации в интернете это давняя и очень популярная тема ! Подумайте, на что это похоже ? Расскажете потом в комментариях, а мы сейчас посмотрим во всей красе на этот процесс, а кто знал - может быть узнают подробности !
Это одно из интересных свойств стекла, которое в народе принято называть « каплями принца Руперта » (также известнее как шары Руперта или голландские слезы)
Сделать каплю Принца Руперта – очень просто. Достаточно просто взять раскаленное стекло и капнуть его в ведро воды. В результате того, что вода быстро охлаждает внешнюю поверхность стекла, внутри температура остается значительно высокой. Когда стекло наконец охлаждается, оно сжимается в оболочке уже твердой внешней оболочки. Благодаря такому сжиманию, создается очень сильное сжимающее напряжение на внешней части, тогда как внутренняя часть находится в состоянии растягивающего стресса. В итоге мы имеем что-то в виде закаленного стекла, хотя и не совсем.
Но что же удивительного в капле Принца Руперта? В отличие от обычного стекла, данную каплю нельзя разбить даже очень сильно ударив молотком – по крайне мере если бить по основной части "капли". В то же время, если слегка повредить "хвост" слезы, то она взрывается словно граната – однако увидеть это можно лишь при помощи камеры способной снимать со скоростью 100,000 кадров в секунду. Именно это вы можете увидеть на ролике выше.
Скорость движения разлома составляет примерно 4 тысячи 200 км в час.
А что же это за принц такой ? И это мы сейчас узнаем !
У принца Руперта, кузена короля Карла II, титулов было примерно столько же, сколько и природных талантов: пфальцграф Рейнский, герцог Баварский, граф Холдернесс, герцог Камберлендский, по совместительству кавалерист, моряк, ученый, администратор и художник.
Его отец, Фридрих фон Пфальц, был королем Чехии ровно одну зиму, а всю последующую жизни провел в Голландии. Еще в детстве Руперт овладел основными европейскими языками, демонстрировал хорошие математические способности и талант рисовальщика. Военную карьеру Руперт начал в 14 лет, сопровождая принца Оранского при осаде Ринберга. Через два года, во время вторжения в Брабант, он поступил на службу в гвардию принца, а в следующем году вместе со старшим братом побывал с визитом у английских родственников, произведя на Карла Первого чрезвычайно благоприятное впечатление. Из этой поездки он возвратился с почетной степенью магистра искусств, присвоенной высокому гостю в Оксфорде.
В 1637 году Руперт участвовал в осаде Бреды, после вместе с братом и отрядом шотландских наемников отправился воевать в Вестфалию, где осенью 1638 года попал в плен. До 1641 года он протомился в заключении, и в это время лорд Арундел, английский посол в Вене, подарил принцу собачку, которая позже обрела громкую славу.
Это был белый пудель, якобы контрабандой вывезенный из Турции, где султан запретил иностранцам приобретать собак этой породы. "Было чрезвычайно любопытно наблюдать, как этот дерзкий и беспокойный человек забавлялся, обучая собаку дисциплине, которой никогда не знал сам". Пудель, получивший незатейливую кличку Бой, неизменно сопровождал Руперта до самой своей смерти в битве при Марстон Муре. Пуделя охотно вспоминали в памфлетах "круглоголовых", например, на одной гравюре он изображен рычащим на членов парламента, распущенного Кромвелем. Бой пользовался множеством привилегий - спал в хозяйской постели, пользовался услугами большего количества цирюльников, чем сам Руперт, и получал самые лакомые кусочки из рук короля Карла, который снисходительно позволял Бою сидеть в своем кресле. По слухам, пес был очень смышленый. Так, при слове "Карл" он начинал радостно прыгать и очень любил слушать литургию, поворачивая морду к алтарю. Это, очевидно, и вызвало слухи о том, что за Рупертом в виде Боя следует дух, мол, собачка умеет становиться невидимой и участвует в сеансах некромантии, проводимых ее хозяином. И убит бедняга Бой был, как говорят, серебряной пулей.
Возвратимся к принцу :) Помимо дрессировки Боя в годы заточения Руперт также вел богословские беседы с духовниками, сопротивляясь попыткам обратить его в католицизм, совершенствовал свои навыки гравера, читал книги по военному искусству и завел роман с дочкой губернатора. Благодаря усилиям Карла Первого Руперт получил свободу с условием больше никогда не обращать оружие против императора. В августе 1642 года принц со своим младшим братом Морицем прибыл в Англию во главе отряда английских и шотландских ветеранов континентальных войн, чтобы выступить на стороне короля в гражданской войне с парламентом. Пожалованный орденом Подвязки, Руперт встал во главе королевской кавалерии, однако вскоре радость от его приезда стала уже далеко не всеобщей. Хотя Руперт был опытным солдатом, ему была присуща юношеская пылкость, которая наравне с иностранными манерами отталкивала солидных советников короля. В частности, их объяснимое недовольство вызвало заявление принца, что получать приказы он желает исключительно от своего августейшего дяди. Молодечество сослужило Руперту скверную службу. В битве при Эджхилле в октябре 1643 года его кавалерия полностью разгромила парламентскую, но, увлекшись преследованием, Руперт покинул поле боя, таким образом лишив силы роялистов шанса нанести решающее поражение круглоголовым.
Принц проявил недюжинную энергичность, совмещая административную работу с ведением военных действий на протяжении 1643-44 годов: взял Бристоль, управлял Уэльсом, снял осаду с Йорка. После поражения при Марстон Муре Руперт встал во главе армии роялистов, номинально предводительствуемой принцем Уэльским. Внутренние разногласия и ряд объективных причин привели к поражению при Нейсби, после чего Руперт усомнился в успешном для короля исходе войны и посоветовал Карлу идти на соглашение с парламентом. Это было расценено как злой умысел, в котором король окончательно убедился после того, как принц сдал Бристоль парламентским войскам. Король отправил Руперта в отставку, тот явился в Ньюарк и потребовал судебного разбирательства, в результате которого ему было возвращено честное имя, но не командование. В 1646 году принцы Руперт и Мориц были высланы из Англии уже по приказу парламента.
На континенте Руперт возглавил отряды англичан-эмигрантов, поступивших на французскую службу, и командовал ими в военных действиях против Испании. После начала второй гражданской войны в Англии принц с переменным успехом попробовал себя в роли моряка. В 1649 году они с Морицем получили под командование 8 кораблей и отправились в Ирландию под начало маркиза Ормонда, где продолжил славную английскую традицию - грабил чужих и передавал награбленное своим. Парламентский адмирал Блейк был откомандирован положить конец этим бесчинствам, и Руперт отплыл в Португалию, где ему обещали приют, однако Блейк нагнал его в порту Лиссабона. Изобличенный как пират, принц отправляется в вольное плавание по Средиземноморью и Атлантике. Весной 1652 г. Руперт плавал к берегам Западной Африки, где был ранен в бою с аборигенами. Он отплыл в Вест-Индию летом 1652, и обнаружил, что роялистский анклав на Барбадосе, где он надеялся найти убежище, капитулировал перед Содружеством. Осенью, по пути с Виргинских островов, в буре погибли два из четырех кораблей Руперта, одним из них командовал Мориц. Подавленный смертью брата, принц возвратился в Европу в 1653 году.
Руперт был тепло встречен при дворе короля-изгнанника Карла II в Париже, однако любезности таяли пропорционально тому, как выяснялась точная сумма добычи, привезенной им из Вест-Индии. Разочарованный принц провел следующие шесть лет в безвестности, успев рассориться из-за наследства со старшим братом.
После реставрации Карла II в 1660 году Руперт вернулся в Англию и был хорошо принят королем, несмотря на прежние разногласия. Он получил ежегодную пенсию и назначен в Тайный совет в 1662 году, предметом его особой обеспокоенности было состояние военно-морского флота. Руперт также проявил интерес к зарубежным коммерческим предприятиям, став первым губернатором Компании Гудзонова залива в 1670 году. Территория, предоставленная Компании, была названа "Земля Принца Руперта" в его честь. Был он и активным акционером Африканской компании. Вклад Руперта в развитие торговли был отмечен именным камнем, положенным в основание новой Королевской биржи. Принц как адмирал принимал активное участие во Второй и Третьей англо-голландских войнах, сыграв значительную роль в битве при Лоустофте и в победе в день святого Иакова (25 июля 1666). С 1673 года Руперт посвятил себя административной работе в адмиралтействе. Он умер в возрасте 62 лет в 1682 году и с почестями похоронен в Вестминстере.
Продолжая проявлять интерес к научным экспериментам, Руперт стал одним из основателей Королевского общества. В частности, он экспериментировал с производством пороха (предложенный им способ делал порох в 10 раз эффективнее), пытался усовершенствовать ружья, изобрел сплав, известный как "металл принца", а также разработал приспосбление для, так сказать, глубоководных погружений :) Принц сформулировал математическую проблему о "кубе Руперта", достиг известных успехов как шифровальщик, построил водяную мельницу на Хакнийских болотах, разработал морское орудие, которое назвал Rupertinoe, придумал механизм, обеспечивающий баланс квадранта при измерениях на борту корабля, пытался усовершенствовать хирургические инструменты и был автором незаурядных гравюр.
Что касается личной жизни, то Руперт никогда не был женат, однако оставил по себе двоих незаконнорожденных детей: сына Дадли (1666) от Фрэнсис Бэрд и дочь Руперту (1673) от актрисы Маргарет Хьюз (Хьюджес). Последняя именно благодаря связи с Рупертом стала первой профессиональной актрисой в английском театре, в 1669 году Маргарет наравне с мужчинами актерами пользовалась привилегией "королевских слуг" - ее не могли арестовать за долги. Это было очень кстати, потому что образ жизни она вела расточительный. За время их связи Руперт подарил ей драгоценностей на 20 тысяч фунтов, причем среди них были и фамильные украшения Пфальцев, а также приобрел для Маргарет особняк еще за 25 тысяч. Руперту нравилась семейная жизнь - или ее подобие - он с удовольствием отмечал, наблюдая за маленькой дочерью:"Она уже правит всем домом и иногда даже спорит со своей матерью, что смешит всех нас". Существует мнение, что Маргарет стала морганатической женой Руперта. Свое имущество он завещал поровну ей и дочери.
Секрет прочности капли Принца Руперта
В ученическом исследовательском проекте по начальной школе на тему «Секрет прочности капли Принца Руперта» автором была поставлена цель, изготовить каплю в домашних условиях, на практике изучить физические свойства капли Принца Руперта, найти физическое обоснование необычных свойств изучаемого предмета.
Подробнее о проекте:
В рамках детской исследовательской работы по окружающему миру на тему «Секрет прочности капли Принца Руперта» учащимся 4 класса были рассмотрены исторические факты и первые упоминания капли Принца Руперта, а также изучен секрет создания и прочности капли Принца Руперта. Прочитав статьи и просмотрев множество видеороликов об этом, ученик решил сам испытать её необычные свойства.
В исследовательской работе (проекте) на тему «Секрет прочности капли Принца Руперта» предложено подробное описание применения эффекта закаленного стекла в жизни, а также в рамках работы над проектом были проведены эксперименты по изготовлению капли Принца Руперта. В работе перечислены все физические особенности капли Принца Руперта. Об актуальности темы исследования можно судить по широкой сфере применения знаний, полученных в результате изучения предмета данного исследования: в быту, в строительстве, в машиностроении и прочих сферах жизни.
Оглавление
Введение
1. Капля Принца Руперта – история и первые исследования.
2. Исторические факты и первые упоминания капли Принца Руперта.
3. Секрет создания и прочности капли Принца Руперта.
4. Применение эффекта закаленного стекла в жизни.
5. Эксперименты по изготовлению капли Принца Руперта.
Заключение
Список литературы
Введение
Однажды, в научной программе я увидел интересный эксперимент. Ведущий брал маленький круглый кусок стекла с тонким хвостиком, и стучал по нему молотком, на молотке образовывались вмятины. Следом по этой стеклянной капле проехались колесом машины и никаких повреждений на ней не оставили. Под конец эксперимента, ведущий слегка задел тонкий хвостик, и она буквально взорвалась в мелкую пыль.
Я заинтересовался и стал искать больше информации об этом. Оказывается, эта капля называется «капля Принца Руперта».
Прочитав статьи и просмотрев множество видеороликов об этом, я захотел сам испытать её необычные свойства. Поэтому я выбрал темой моей научно-исследовательской работы «Секрет прочности капли Принца Руперта».
- Изготовить каплю в домашних условиях.
- На практике изучить физические свойства капли Принца Руперта.
- Найти физическое обоснование необычных свойств изучаемого предмета.
Объект исследования: Капля Принца Руперта.
Предмет исследования: Особенности физических свойств Капли Принца Руперта.
Гипотеза: Предположим, что Капля Принца Руперта обладает невиданными пуленепробиваемыми свойствами и она не сложная в изготовлении.
- Узнать историю происхождения капель Принца Руперта.
- Изучить физические свойства и метод изготовления капли Принца Руперта.
- Провести собственный эксперимент.
- Сбор и анализ информации из интернета.
- Проведение эксперимента.
Практическая значимость: Об актуальности данной темы можно судить по широкой сфере применения знаний, полученных в результате изучения предмета моего исследования. В быту, в строительстве, в машиностроении и прочих сферах жизни.
Капля Принца Руперта – история и первые исследования
Объект моего исследования назван в честь Принца Руперта (рис.1), кузена короля Англии - Карла II. Принц Руперт был разносторонне развитым и любознательным юношей.
Увлекался военным, морским делом, проявлял интерес к науке и научным экспериментам. Ему была присвоена почетная степень магистра искусств.
Известны его эксперименты с производством и усовершенствованием пороха. Как он утверждал, порох его производства в десять раз мощнее, чем обычный. Руперт изобрел сплав металла и поныне называемый «металл принца» - медно-цинковый сплав по цвету как золото, высокопластичный и антикоррозийный.
Также можно найти информацию о его наработках в математике, в шифровании, в мореплавании, в сельском хозяйстве.
Вообще, английская знать 17 века во главе с королем Карлом II, была очень любознательная и охочая до различных наук.
Забавную стеклянную безделушку (рис.2) в форме головастика с длинным изогнутым хвостом, Принц Руперт привез в Англию с континента в середине семнадцатого века. Преподнеся в дар королю Карлу II, для пущей интриги, Руперт назвал их новинкой от немецких мастеров небывалой прочности, с секретным способом производства.
Принц Руперт проявил себя хорошим торговцем, представив новинку обществу, создавая спрос и заработав состояние на продаже забавных капель - сувениров.
В надежде определить, в чем же заключается объяснение необычных физических свойств и технология производства, Карл II поручил Королевскому научному обществу заняться исследованиями.
Так началась известность капель принца Руперта.
Небывалая их прочность удивила ученых. Капля Руперта без повреждений выдерживала удар молотом и попадание пули, оставляя вмятины на металле. Однако не вся поверхность стеклянных капель Руперта была одинаково прочной. Если головка была крепче стали, то хвост - особенно самая тонкая его часть - был очень уязвим. Самое впечатляющее, что легкое повреждение хвостика приводило к настоящему взрыву! Капля мгновенно рассеивалась в мелкую пыль!
Кто же изначально изобрел эти капли? В Англии они появились с легкой руки Принца Руперта, но их авторство он никогда себе не приписывал, он их скорее просто популяризировал и сделал модной забавой для общества.
Необычные стеклянные капли были известны стеклодувам довольно давно. Большого научного или коммерческого интереса они не вызывали. Просто побочный продукт производства изделий из стекла. В связи с этим точно нельзя определить авторство изобретения.
По одним источникам капли начали делать стеклодувы Батавии (Нидерландов) в 1625 году. По другим, они впервые появились в Дании или Германии. Соответственно и названий у стеклянных капель множество - батавские слёзки, прусские слезы, болонские склянки.
Секрет создания и прочности капли Принца Руперта
Метод изготовления стеклянных капель принца Руперта был строго секретным. Это объясняется их коммерческим успехом у публики. Капли с удовольствием покупали в качестве забавных безделушек. Причины небывалой крепости капель в те времена были совершенно не изучены и, даже в среде ученых они оставались большой загадкой. Именно поэтому необычные свойства капель считались мистичными.
Сделать эти капли совершенно не сложно и со временем многие стеклодувы научились их изготавливать. Что, конечно, совершенно не приблизило к разгадке их «пуленепробиваемости».
Для того чтобы изготовить каплю Принца Руперта нужно просто расплавленным стеклом капнуть в достаточно холодную воду. Стекло в воде застывает в форме головастика с длинным хвостом. Вот и весь секрет.
Физическое объяснение оказалось достаточно интересным. Расплавленная капля стекла капает в очень холодную воду и остывает там. Из-за внешнего воздействия холодной водой – моментально схватывается и сжимается наружный слой.
Внутренний же слой застывает гораздо медленнее. Во время охлаждения внутреннего слоя, так называемого ядра, процессу сжатия сопротивляется уже застывшая оболочка.
В связи с тем, что происходит сопротивление естественному физическому процессу сжатия, ядро занимает большее пространство, чем ему требуется. Из-за этого сердцевина капли имеет слабые межатомные связи и предрасположенность к разрушению.
В итоге, на ядро действует сила растяжения, в то время как на наружную оболочку – сила сжатия (рис.3). Сила сжатия очень велика, по расчетам ученых она в 4000 раз больше атмосферного давления! Любой, даже достаточно сильный удар по головке капли, может вызвать максимум микротрещины на наружном слое.
В то время как разрушение хвостика, не имеющего такую сжимающую силу оболочки, позволяет трещинам проникнуть вглубь ядра. Это вызывает высвобождение напряжения, что и приводит к взрыву капли.
Применение эффекта закаленного стекла в жизни
Стекло, произведенное по технологии обжига и последующего охлаждения, называется «закаленное». Оно в 5-6 раз прочнее обычного стекла и более термостойкое. В промышленных масштабах закаленное стекло изготавливают в печах (рис.4), подвергая его термической обработке температурой выше 600 ̊С и резко охлаждая потоками холодного воздуха. В результате стекло способно выдерживать большие нагрузки.
Еще одной особенностью данного стекла является то, что в готовом виде его нельзя резать или просверливать, так как нарушение целостности поверхностного слоя ведет к разрушению самого стекла. Поэтому при закаливании сразу стоит учитывать размеры и расположение отверстий.
Помимо прочности, закаленное стекло является более безопасным в сравнении с незакаленным. При разрушении оно оставляет после себя мелкие осколки с закруглёнными краями, которыми достаточно сложно порезаться. Именно эта особенность очень пригодилась при изготовлении стекол в автомобили, межкомнатных перегородок и дверей в магазинах и офисах. То есть там, где есть вероятность разбития стекла и травмирования людей осколками.
В быту мы пользуемся посудой из закаленного стекла, такую посуду можно ронять на пол, и ей ничего не будет. Но при случайном скалывании, стакан может лопнуть вдребезги. Также закаленное стекло используют для изготовления полок в холодильник, масок для подводного плавания, пуленепробиваемого стекла и т.п.
Эксперименты по изготовлению капли Принца Руперта
Начитавшись всевозможной информации, мы с мамой и папой решили попытаться изготовить каплю Принца Руперта собственными силами в домашних условиях.
Для этого вооружились газовой горелкой, газовым баллончиком и плоскогубцами. Мы заказали в интернете специальные стеклянные лабораторные палочки, с помощью которых делались подобные эксперименты, виденные нами на видео.
Пока палочки шли к нам по почте, мы решили не терять время и попробовать провести эксперимент из подручного стекла.
Эксперимент первый
Для этого мы использовали оконное стекло, стекло от лампочки, пузырёк от духов и стекло от банки.
Установив газовую горелку над емкостью с холодной водой, мы начали разогревать стекло. Практически всё стекло при нагревании лопалось, не достигая температуры плавления. Мы пришли к выводу, что имеющееся у нас разбитое стекло имеет микротрещины, из-за которых кусочки стекла рассыпались при нагревании. Только целый пузырек от духов начал немного плавиться.
Первый мой эксперимент можно считать неудавшимся, температуры одной горелки было недостаточно, чтобы стекло расплавилось до жидкого состояния. Стекло просто становилось эластичным.
Эксперимент второй
В следующий раз мы продолжили эксперимент с двумя газовыми горелками и плавили уже стеклянные лабораторные палочки (рис.5). После десяти минут нагрева сформировалась и упала в холодную воду капля. Большинство капель, попадая в воду, взрывались, не успевая застынуть.
В результате экспериментов у нас получилось несколько капель именно такого вида, какими они и должны быть – в форме головастика, с длинным хвостиком.
Следующим этапом эксперимента мы начали проверять прочность изготовленной капли.
Зажав в плоскогубцах круглое основание, по нему начали стучать молотком. Молоток отскакивал, не причиняя ущерба капле.
В крепости капель мы уже не сомневались, осталось только проверить хрупкость хвостика. Во избежание травмирования осколками, каплю завернули в салфетку.
Зажав хвостик в плоскогубцах, мы его переломили.
К сожалению, хвостик отламывался, не причиняя ущерба самой головке капли. Из этого мы сделали вывод, что, либо была нарушена нами технология изготовления закаленного стекла (возможно была недостаточно холодная вода), либо стеклянные палочки содержат в себе посторонние примеси, нарушающие чистоту эксперимента.
Эксперимент третий
При помощи двух горелок мы решили расплавить стекло от бутылки «Кока Колы» (рис. 6). В воду, для поддержания стабильно низкой температуры, мы положили снег. На этот раз никаких проблем с изготовлением капель у нас не возникло. Стекло расплавилось, капли начали капать в холодную воду.
Следующий этап – эксперимент с готовой каплей. Как и прошлый раз, капля показала удивительную прочность, и под ударами молотка на ней образовались только царапины.
Затем, опасаясь осколков, мы завернули ее в пленку и сжали хвостик в плоскогубцах. Капля лопнула, оставив множество мелких неострых кусочков. Эксперимент удался!
Заключение
В результате проделанной работы мы выяснили происхождение названия капли Принца Руперта, ознакомились с историей первого появления и популяризации этой забавной безделушки.
Мы экспериментально получили каплю Принца Руперта с помощью нагрева стекла и резкого охлаждения готовой капли в воде. Провели эксперименты с готовой каплей, подтверждающие, невероятную крепость головки капли и хрупкость хвостика.
Также мы нашли обоснование необычайной прочности закаленного стекла в физике. Резюмируя собранную информацию, можно сказать что секрет капли Принца Руперта заключается в воздействии на неё двух физических сил. Огромная сила сжатия на поверхности головки капли – не даёт ей разбиться. И сила растяжения в сердцевине, приводящая ко взрыву, при малейшем переломе хвостика капли.
Слеза принца Руперта или самое прочное в мире стекло
Капля принца Руперта Слеза принца Руперта, батавские или голландские капли, слеза дьявола - все это имена одного и того же физического явления. Круглая часть такой слезы - сверхпрочное стекло, а ее хвост - ее Ахиллесова пята, которая, обламываясь, превращает всю конструкцию в пыль. Мнения касательно происхождения капель принца Руперта весьма разнообразны. В некоторых источниках указано, что изобрели их в 1625 году в Германии. Но их также называют “Батавскими слезами” и вот почему. Как открыли каплю Принца Руперта Некогда в Голландии, незнакомый нам ученый провел некий интересный эксперимент. Он плавил палочку из стекла на мощной горелке, а жидкие расплавленные капельки стряхивал в емкость с обыкновенной водой. Стеклянные капли, застывая в холодной воде, приобретали причудливую форму, напоминающую головастиков с округлой головкой и тоненьким змеевидным хвостом. Открытие впечатлило исследователя, и он дал своему открытию имя - Батавские слезки в честь Батавии - былого названия своей родины. Как оказалось, этим открытие ученого не ограничилось, потому что позже он обнаружил их любопытнейшее свойство. Считается, что стекло - достаточно хрупкий материал. Но свойство этих стеклянных капель таково, что даже при многочисленных ударах молотком по округлой части, они не разбиваются. При этом, если во время эксперимента подложить данную каплю под пресс на металлическую пластину, то на ней останется каплевидный отпечаток. Но стоит лишь надломить кончик ее тонкого хвоста, и она мгновенно взрывается на миллион мельчайших осколков. Так или иначе, широкую известность Батавские слёзки получили после того, как британский герцог Руперт Пфальский преподнес их в качестве диковинного подарка королю Великобритании Карлу II. После король поручил Королевскому научному сообществу исследовать их таинственную и забавную природу. В честь принца Пфальского Батавские слезки начали именовать не иначе как стеклянные капли принца Руперта. Способ их создания содержался в строжайшей секретности долгое время, но зато их мог купить каждый желающий как потешный сувенир. Почему взрывается капля принца Руперта На сегодняшний день уже научно доказаны причины необычного поведения стеклянных капель. Дело в том, что попадая в холодную воду, стеклянные капли быстро застывают. Внутри каждой из них образуется высокое механическое напряжение. Если представить, что капля состоит из оболочки и ядра, можно понять, что застывать она начинает сначала у поверхности, то есть ее оболочка уменьшается и сжимается в то время, как ядро продолжает быть горячим и жидким. Когда внутренняя температура капли снижается, то ядро также начинает сжиматься, но теперь возникает сопротивление за счет внешнего застывшего слоя. Тесные межмолекулярные связи позволяют ему сдавливать ядро, занимающее уже больший объем. Между оболочкой и ядром возникает очень сильное напряжение, соответственно - сжатия на внешнем слое и растяжения - на внутреннем. Если опустить расплавленное стекло в слишком холодную воду, то уровень напряжения достигнет максимума и позволит внутренней части капли отделиться от наружной, образовав пузырек. Именно внутренние силы напряжения сжатия и растяжения сопротивляются любой силе удара. Отломив “хвостик” капли, мы разрушим верхний слой, что позволит внутреннему давлению растяжения заработать в полную силу, и стеклянную каплю разнесет в пыль. Это внутреннее напряжение настолько велико, что взрыв происходит буквально за один миг. Поэтому, проводя эксперимент, обязательно запаситесь защитными очками. Недавно группа ученых из разных уголков мира задалась целью “докопаться” до истины и выяснить, почему и как именно происходит взрыв при обламывании хвоста капли принца Руперта. Дело в том, что при повреждении внешней оболочки, появляется трещина, проникающая прямо в “сердце” капли, где концентрируется та самая сила напряжения. Имея в виду научно доказанный факт, что внешний слой сжат, а внутренний - растянут, ученые рассматривали, как именно распределяется давление внутри слезы. Выяснилось, что сила сжатия у внешней оболочки превышает атмосферное давление в 7000 раз и доходит до 700 мегапаскалей. Это невероятно, учитывая, что поверхность стеклянной слезы необычайно тонкая и ее площадь составляет всего лишь 10% от всего тела капли. Также исследователи установили, что для того, чтобы капля принца Руперта взорвалась, требуется, чтобы трещины достигли ее центра. При ударах молотком или при любом другом воздействии на головку капли, трещины рассеиваются по ее поверхности, не проникая в зону внутреннего растяжения. Именно этим объясняется прочность шарика. При разрушении “хвостика” трещинам удается проникнуть во внутреннюю часть стеклянной слезы, что влечет за собой взрыв. Современное применение эффекта капли принца Руперта Принцип поведения капли принца Руперта уже успешно применяется в промышленности. Такое стекло знакомо всем, как “закаленное”. Ранее производились “закаленные стаканы”. Их можно было без зазрения совести ронять на пол - оно никогда не разбивалось при ударе. Но случайно появившаяся на краю щербинка могла спровоцировать его взрыв в любое время. Поэтому с такой посудой стоило обращаться еще более бережно, чем с обыкновенным стеклом.
По аналогичному принципу сегодня изготавливают автомобильные стекла. Помимо того, что оно обладает более высокой прочностью, у него есть еще одно важное преимущество для безопасности пассажиров - в случае повреждения, оно рассыпается на мелкие кусочки с закругленными краями. Сырые стекла разбиваясь, образуют острые и большие осколки, которые могут серьезно поранить. Из закаленного стекла производятся боковые и задние окна, лобовые же делают путем склеивания нескольких слоев такого стекла при помощи специальной полимерной пленки, что в случае аварии не даст им разлететься вообще.
Взрывающаяся капля принца Руперта
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.
Если посмотреть на капли принца Руперта через скрещенные поляризаторы, то можно наблюдать явление фотоупругости: под действием внутренних механических напряжений в каплях возникает оптическая анизотропия, которая для изотропных тел вроде стекла не характерна. Подробнее про оптическую анизотропию у кристаллов см.: Двойное лучепреломление, «Элементы», 11.05.2016. Рисунок с сайта oberlin.edu
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.
Что такое руперт металл
FISHKINET
АНТИФИШКИ
Всё о политике в мире
На последней гифке, в самом конце видно, что осколки задевают хвост и начинается процесс разрушения, но видео на этом заканчивается.
Всё ясно и без объяснений - это сперматозоид попавший в вечную мерзлоту, наверное мамонта, или папонта.
А если стекло остужать очень медленно, то получается закаленное стекло, имеющее кристаллическую структуру (ситалл), которое имеет очень высокую прочность. Из такого линзы и зеркала для телескопов делают. Т.к. оно, помимо прочности, еще и не деформируется со временем и сохраняет высокую геометрическую точность.
нет, его остужают не очень медленно , я бы сказал довольно быстро, но только воздухом , и таки определенное время, по регламенту . Под каждую толщину стекла свое время , в целом как и весь процесс закалки.
Где-то я читал про изготовление линз для зеркальных телескопов, там указывалась скорость остывания - 1 градус за 2 суток.
Возможно сейчас новые технологии позволяют ускорить этот процесс.
я говорю о обычном закаленном стекле. Касательно линз для оптики , процесс "изготовления" самого стекла не знаю , но учитывая что для крупных телескопов линзы могут полировать, натурально месяцами , стекло в данном случае не есть закаленном. Именно процесс быстрого охлаждения и делает его закаленным и придает стеклу эти свойства и "тясячи " осколком при разбитие. Чем быстрее охлаждение тем частицы меньше, поэтому есть понятие "перекаленное" стекло ( размеры фрагментов регламентируются и есть нормативные документы , которые и прописывают эти параметры) . Если же охлаждать не достаточно быстро, стекло бьется на довольно крупные фрагменты по при этом разрушается целиком. Такое стекло называют - термоупрочненным.
Теперь я понял почему в советском союзе гранёные стаканы взрывались =).
Интересно, а кроме стекла какие ещё вещества могут повторить такой феномен.
Как-то в столовую заводскую привезли контейнер стаканов. Наши электрики прихватизировали десятка три и стали производить на них эксперименты, как они бьются, если уронить пустой/полный/наполовину пустой с лавки/стола/шкафа на бетон/линолеум/дерево и т.д. Короче, делать было нех. Рекордсмен среди стаканов после удара со всей дури о бетонный пол подпрыгивал до потолка, и потом ещё скакал. Его таки разбили как-то.
обычный иксперд решил блеснуть перед хомячками. но ты неправ. гугли, есть много фильмов и опытов, есть даже передача, где поясняют свойства этой капли.
Обалдеть, я даже не знал об этом, это надо рассказывать на уроках физики о поверхностном натяжении и структурах кристаллической решётки, очень занимательно ведь будет.
перетань брызгать слюной, включи внимание и логику и перечитай комментарий. тема про что? про поверхностное натяжение или про конкретно слезу Руперта? про слезу, ее редкость, необычность и историю создания. в школе, на уроке физике, по теме поверхностного натяжения конкретно о слезе Руперта НЕ УПОМИНАЕТСЯ (уточнила СПЕЦИАЛЬНО ДЛЯ ИДИОТОВ, что возможно и упоминается и меня на конкретно этом уроке не было). слеза Руперта - интересный и необычный феномен, если бы в школе проходила, то запомнила. я НЕ ГОВОРИЛА, что в школе не прЕпОдают физику поверхностного натяжения, этого не говорил и автор комментария. так что протри очки, смени подгоревшие штаны и выпей ромашкового чаю, вдруг поможет
мне плевать что там по теме или нет, если бы я писал по теме, я написал бы отдельным комментарием. Я ответил под конкретным комментария, где нет слов про слезу, но влезла ты, со своей слезой, на кой хер, я не знаю.
И натяжение преподают в 10 классе, это как минимум, а может и раньше. А про кристаллическую решётку, я вообще молчу, она чуть ли не с 7 класса.
Чтобы исключить разного рода споры, я помню что на уроках физики проходили о поверхностном натяжение (к сожалению напряжение в самом материале уже в университетах преподают) и про кристаллическую решетку тоже помню. Но ведь тогда уже существовали VHS видеомагнитофоны, да хоть диапроектор, но подобные примеры как "слеза Руперта" точно не припомню.
еще раз, меееедленно, внимаааааательно, по буквам - перечитай комментарий, к которому ты изначально свой написал. 10 раз перечитай и перекури, обмозгуй. там написано, что ЭТО надо показывать на уроках физики о поверхностном натяжении и структурах кристаллической решётки. ЭТО. ЭТО. ЭТО. слезу Руперта надо показывать, дятел. на уроках физики в теме про натяжение, дубина. уперся рогом и буксуешь. признать, что не понял и затупил - смерти подобно, иначе не мужик, да? на уроках физики по теме поверхностного натяжения и кристаллической решетки надо показывать ЭТО, а конкретно слезу Руперта, ясно теперь?
Читайте также: