Когда стекло прочнее пули, но есть один нюанс | Феномен капли принца Руперта
Все мы знаем, что стекло хрупкое, но в тоже время при специальной обработке может быть и прочнее металла. Но оно никогда не сочетает в себе прочность и хрупкость одновременно. Кроме феномена стеклянной капли Руперта которая может выдержать давление в десятки тонн и попадание пистолетной пули — но одновременно с этим она очень хрупкая.
Когда они появились?
Вероятнее всего, подобные стеклянные капли были известны стеклодувам с незапамятных времён, однако внимание учёных они привлекли довольно поздно: где-то в середине 17 века, когда Принц Руперт вернулся после долгого изгнания в Англию и привез с собой необычные стеклянные капли, которые преподнес Карлу II. Король передал их для исследований в Лондонское королевское общество, чтобы разгадать их тайну, но ученые так и не нашли ответа. Что же так будоражило всех, кто видел этот стеклянный феномен, и продолжает удивлять до сих пор?
«Батавские слёзки»:
В 17-м веке, прежде чем появилось название «капли принца Руперта», они были известны как «Батавские слёзки» (Батавия — старое название Нидерландов), потому что впервые они начали массово изготовляться именно там.
Технология изготовления капли принца Руперта чрезвычайно проста: нужно лишь взять ведро холодной воды и капнуть туда расплавленным стеклом. После того, как стекло остынет, получится изделие в виде капельки. Казалось бы, вся эта процедура крайне проста. Тем не менее, «Батавские слёзки» обладают очень интересным свойством.
Они сочетают в себе парадоксальные, на первый взгляд, качества. Капля Руперта является одновременно невероятно прочной и невероятно хрупкой. «Головка» получившегося головастика на удивление крепкая: ее практически невозможно разбить молотком или другим подручным инструментом, а под гидравлическим прессом она может выдержать десятки тонн, в зависимости от размера. Но если хоть чуть-чуть поцарапать хвостик или надломить его, вся капля взорвется на крохотные осколки.
Как это работает?
Чтобы объяснить это явление, исследователи изучили распределение напряжения внутри капли.
Когда капля расплавленного стекла попадает в воду, то её внешний слой охлаждается так быстро, что структура стекла не успевает перестроиться, и соответствующее изменение объёма мало́. Во время остывания внутреннее стекло сильно сжимается, приводя в конечном итоге к огромному накоплению механического напряжения внутри капли.
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.
Для разрушения капли необходимо, чтобы трещины проникли в ее сердцевину. Обычно они распространяются вдоль поверхности «слезы» и не могут попасть в зону растяжения, что объясняет прочность стекла. Однако в том случае, если трещина образуется при разрушении «хвоста», то она доходит до центра капли и провоцирует эффектный взрыв.
Фото:
2) Принц Руперт и Карл II (слева на право)
3) Пример производства капли Руперта
4) Капля Руперта vs..38 Smith & Wesson Special
6-7) Напряжение внутри капли
7) Посмотрев на каплю через поляризатор, можно «увидеть» все это накопленное напряжение
8) Пример с расчётами скорости взрыва капли Руперта
Комментарии: pikabu.ru/link/d8633142
#пикабузнаток_наука
