Сълзите на принц Рупърт (видео)

Ако се капне разтопено стъкло в студена вода се получава капка с форма на попова лъжичка с дълга извита опашка. Тази капка има изключителна здравина, по нейната глава може да се удря с чук и тя ще издържи, но ако й се нарани дори леко опашката, капката мигновено ще се пресне на стъклен прах. 

Тези стъклени капки са известни духачите на стъкло от незапомнени времена, но привличат вниманието на учените някъде в средата на XVII век. Те се появяват в Европа, според различни източници, първо в Холандия, Дания или Германия. В Англия са донесени от принц Рупърт от Рейн и затова са известни като "капките на принц Рупърт" или "холандските сълзи".

Този експеримент трябва да се провежда със защитни очила тъй като взривяващото се стъкло е много опасно. На кадри, заснети с помощта на високоскоростна камера, се вижда че фронтът на взрива се движи със скорост 1,2 км/сек. За сравнение скоростта на звука във въздуха е 0,34 км/сек.

Ако експериментът се провежда в тъмнина, се наблюдава луминесценция. В поляризирана светлина се вижда, че капката не е еднородна, а има силно вътрешно напрежение, което е причина за странни й свойства.

Разтопеното стъкло при понижаване на температурата не кристализира, а преминава в аморфно състояние, тоест атомите на втвърдяващото се стъкло не успяват да вземат своите "правилни" места така, както са в един кристал. Те формират структура, подобна на структурата на течност. Трябва да се отбележи, че тези характеристики на стъклото в това състояние, например обемът, силно зависят от скоростта на охлаждане на стопилката.

Когато капка стъкло, разтопено при температура 400-600°C попадне във вода, нейния външен слой се охлажда така бързо, че структурата на стъклото не успява много да се промени и съответно изменението, по-точно намалението, на обема е малко. От друга страна сърцевината на капката изстива бавно и затова структурата на стъклото на сърцевината се изменя в много по-голяма степен, отколкото стъклото във външния слой.

В резултат сърцевината се оказва разтеглена, а външният слой - под натиск или с други думи - във вътрешната част действат механични напрежения на опън, а във външната част - напрежения на натиск.

Формата на главата е почти сферична и й придава голяма здравина, такава, че да може да издържи удар с чук или куршум, без да се счупи, докато формата на опашката я прави крехка и лесно разрушима.

^{Дяволският мост - средновековен мост на река Арда.}

Овалната форма е много здрава, когато се подлага на натиск. По същия принцип сводовите мостове, куполите,  дъната на аерозолните опаковки са много устойчиви, но ако черупката й им се наруши, напрежението се освобождава и се разрушават.

По аналогичен начин се получават закалените стъкла, но тъй като те нямат опашка, която може да се счупи лесно, са по-здрави.

Но ако успеем все пак да отчупим, ако например ударим ъгълче на стъклото, е възможен подобен "взрив".

Долното видео, заснето със скорост 150 000 кадъра в секунда, показва какво се случва, ако по капката на принц Рупът бъде изстрелян куршум.

Вижда се срещата на няколко капки с куршум, който идва фронтално към тях. Повечето от капките се разпиляват на фин прах, като разрушението започва от опашките им.

Но една от тях прави куршума на парчета.

Още по темата

18/10/2015

Математика

Триъгълникът на Рело - от мехурчета до двигатели с вътрешно горене