Крапля принца Руперта. Одіссея принца Руперта. Відео про ефекті краплі принца Руперта

Англійська знать ХVII століття вважалася допитливою і не цуралася науки. Король Карл II так навіть і помер від захопленості алхімією: вже в наш час в його волоссі виявили ртуть у концентрації, несумісної з життям. Кузен Карла II, принц Руперт, славився пристрастю до наукових дивина як теоретичного, так і практичного характеру.

Цей-то принц Руперт, він же герцог Рупрехт фон дер Пфальц, привіз до Лондона скляні виливки у формі крапель з довгими викривленими хвостиками. Подавши їх в дар королю, Руперт розповів, що це - недавнє німецьке винахід, і що міцність скляних крапель перевищує міцність сталі.

Спосіб виробництва Руперт від короля приховав, пославшись на незнання. Хоча тепер ми розуміємо: мовчав принц виключно заради більшої таємничості ...

Карл II віддав отримані краплі на аналіз в Королівське Наукове Товариство. З цього моменту і почалася слава крапель Руперта.

Властивості краплі Руперта

Міцність небачених доти скелець здивувала англійських вчених. Крапля Руперта витримувала навіть удар дужого коваля, причому на стали ковадла і молота залишалися вм'ятини. Хіба може скло володіти такою твердістю і міцністю? - дивувалися придворні вчені.

Міцність скляних крапель Руперта була, однак, нерівномірною. Якщо головка краплі витримувала будь-який удар, хвостик - особливо кінчик хвостика - відрізнявся високою вразливістю. Найдивніше, що руйнування хвостика вело до моментального розпаду всієї скляної виливки! Причому розпаду вибухового, з миттєвим розльотом найдрібніших осколків!

Члени Королівського Наукового Товариства розіслали листи з питанням про природу незвичайного скла в усі доступні межі. Популярність незвичайної іграшки серед лондонської знаті стала рости. Принц Руперт зробив непоганий бізнес, то продаючи дивовижні скляні краплі задорого, то зміцнюючи зв'язку за допомогою цікавих подарунків.

Незабаром ситуація стала прояснюватися ...

Краплі Руперта родом з ...?

Принц ніколи не наполягав на своєму авторстві забавною дрібнички, а честь винаходу скляних крапель приписував німецьким ремісникам. З'ясувалося, однак, що в близькому Голландії подібні дива знають давно - знають і роблять на потіху публіці. Мало того, голландці возять краплі скла по світу, і всюди їх звуть «Батавской слезками», по імені верфі «Батавия» на березі затоки Зейдерзеє.

За відомостями, отриманими від голландців, датчани почали бавитися краплями Руперта раніше німців - але в Данію секрет виготовлення міцних скляних виливків прийшов з Італії. Весь південь Європи знає їх як «болонські склянки» і нічого складного у виготовленні крапель зі скла не бачить.

Краплі Руперта - це просто!

Щоб отримати краплі характерної форми і небувалою міцності, повідомили склороби, досить розігріте до плинної в'язкості скло капнути в ємність з холодною водою. Затверділа виливок і є Болонська склянка, вона ж крапля Руперта - з точки зору серйозних ремісників порожня дрібниця і переклад дорогого матеріалу.

Провівши ряд дослідів, вчені лондонського Королівського Товариства визначили: для отримання найбільш вдалих крапель Руперта скло слід брати максимально чисте, і нагрівати його не вище ніж до ступеня повного розм'якшення - інакше впала в воду крапля тріскається.

На тому і задовольнилися ...

Сучасний погляд на краплі Руперта

Фізика пояснює появу крапель Руперта результатом давно відомої гарту - технології, широко застосовується до виробів зі сталі, але в даному випадку стосується скла. Аморфне за своєю структурою, полужидкое скло твердне без кристалізації, але зі зменшенням обсягу.

Швидке охолоджені скляній краплі в середовищі, ефективно понижувальної температуру, призводить до ущільнення зовнішніх шарів тіла, стиску масиву з одночасним розтягуванням ще гарячої серцевини виливки.

Міцність краплі Руперта зовсім не безмежна, І всього лише вчетверо перевищує міцність скла, яке виготовляється за звичайними технологіями. Однак показники міцності сильно залежать від складу скляної шихти, і щільне кварцове скло в загартованому вигляді і крапельної формі дійсно здатне протистояти ударам ковальського молота.

Але тільки якщо не бити по тонкому тендітному хвостику краплі Руперта!

Розбити краплю Руперта

Розбити краплю Руперта нескладно. Якщо відламати, відбити, отстрелить тонкий скляний хвостик краплі Руперта, вона вся і миттєво розлітається практично пилом! Причому швидкість і дистанція розльоту дрібних осколків краплі такі, що небезпека ураження шкіри і очей спостерігача - дуже реальна.

Саме тому, до речі, в стародавньої Європі крапля Руперта задоволена швидко перекочувала з розряду кумедних чудасій в розряд небезпечних розваг.

Сучасні експериментатори не припиняють дослідів з краплями Руперта. Особливо видовищними виглядають спроби руйнування скляних крапель пострілом з гвинтівки. М'яка свинцева куля б'є по голівці краплі Руперта з силою, яка значно перевищує силу удару ковальського молота, проте розбити загартоване скло куля не в силах.

Що виникає в скляному масиві ударна хвиля виявляється згубною для тонкого хвостика краплі Руперта. Коли коливальний імпульс проходить по тонкому склу, виникають швидко розширюються тріщини. Зі швидкістю більш ніж 1 км / с тріщини розростаються по всьому тілу краплі, множаться, розширюються і фактично підривають скло.

Вибуховий світіння краплі Руперта

Особливо цікавим бачиться світловий сполох, що супроводжує хвилю розпаду загартованого скла. Явище світіння такого роду носить назву тріболюмінесценціей. Виникає тріболюмінесценціей, на відміну від звичної люмінесценції, не в товщі матеріалу, а в прикордонній середовищі.

Блакитно-червоні сполохи тріболюмінесценціей розпадається краплі Руперта суть є світіння атомів атмосферних газів, порушуваних слабкими електричними розрядами. Генерується електрику молекулами

4.5 (90%) 2 votes

Сьогодні знайшов для вас дещо нове і цікаве, хоча можливо це нове лише для мене, але вже цікавим точно виявиться для всіх - краплі принца Руперта. Давайте розберемося, що ж це за краплі і чим вони цікаві ...

Що таке краплі принца Руперта

Краплі принца Руперта це скляні краплі з тонким хвостиком, які вийшли в результаті приміщення в воду розплавленого скла. А цікаве в них то що їх практично неможливо роздавити, розтоптати, розбити або знищити будь-яким іншим доступним людям способом, проте це стосується тільки самої краплі, але у неї є і тонкий хвостик, в якому і ховається уразливість здавалося б неразрушимой речі, причому якщо його зламати, то відбувається справжнісінький скляний вибух. Дивіться самі як краплю принца Руперта безуспішно намагаються розчавити гідравлічним пресом:

і як вона легко вибухає при пошкодженні тонкого кінчика:

Ну що, цікавий ефект?

Давайте розберемося, як же виходить такий цікавий результат? Для цього треба зрозуміти як виходять краплі принца Руперта.

Краплі принца Руперта як зробити

Для того щоб зробити краплі принца Руперта необхідно розплавлене скло помістити в воду. При попаданні розплавленого скла в холодну воду, відбувається процес його дуже швидкого застигання з одночасним накопиченням величезного внутрішнього напруження. Причому охолодження відбувається хоч швидко, але не миттєво тому коли поверхневий шар вже охолов, затвердів і зменшився в обсязі, внутрішня частина краплі, назвемо її умовно ядро, все ще знаходиться в рідкому і розплавленому стані.

Далі починає остигати і стискатися ядро, але стискатися йому заважають міжмолекулярні зв'язки з зовнішнім вже твердим шаром, в результаті чого після охолодження ядро \u200b\u200bзаймає обсяг більший, ніж якби воно охолоджувалося у вільному вигляді.

Через це на кордоні зовнішнього шару і ядра діють сили з протилежним напрямком, які тягнуть зовнішній слів всередину, а ядро \u200b\u200bназовні і створюють відповідно напруга стиснення для зовнішнього шару і напруження розтягу для внутрішнього ядра. У підсумку ми маємо величезну внутрішню напругу, яке робить краплю дуже міцною, але в той же час будь-яке пошкодження зовнішнього шару призводить до порушення структури і скляному вибуху, ну а так як найтонше місце це хвостик, саме через нього і можна зруйнувати зовнішній шар для того щоб вийшов такий гарний вибух як на відео вище або на фото нижче:

А це відео для тих кому легше сприймати відеоінформацію, ніж читати багато букв:

Коли і де були виявлені краплі принца Руперта

Краплі принца Руперта були вперше відкриті в Німеччині в 1625 році, проте як часто буває існувала думка, що їх відкрили голландці, а може так красивіше звучало, адже все закордонне викликає більше цікавості, в цьому часи не змінюються, звідси пішла друга назва для цих крапель - голландські сльози.

Причому ж тут принц Руперт запитає читач? Справа в тому, що принц Руперт, британський герцог був тією людиною, який привіз ці краплі в Англію і підніс їх англійської монарху КарлуII. Королю дуже сподобалися цікаві скляні краплі і він віддав їх на вивчення Британському Королівському Науковому Товариству. На честь цих подій цікаві краплі і стали називати краплі принца Руперта, причому назва це прекрасно збереглося до наших днів. Ось він яскравий приклад того, як можна увійти в історію просто подарувавши цікаву річ потрібній людині.

Цікаво, що спосіб виготовлення голландських сліз довгий час тримали в секреті, в той же брешемо продаючи їх як цікаві іграшки на ярмарках і ринках.

Почитав що пишуть про принца Руперте.Біографія його досить цікава, він був замішаний у великій кількості історичних подій, але це скоріше тема для окремого посту.

Коли закінчував пост знайшов цікаве і підходяще по темі відео, в якому весь процес показаний від початку і док кінця - від створення краплі принца Руперта, до скляного вибуху:

Ось тепер тема краплі принца Руперта повністю розкрита і можна спокійно в компанії блиснути цим знанням або взагалі зробити подібні краплі (тільки обережно). На цьому на сьогодні все, до нових зустрічей!

), Або «датської сльози». Головка краплі неймовірно міцна, її дуже складно механічно пошкодити шляхом стиснення: навіть сильні удари молота або гідравлічний прес не завдають їй ніякої шкоди. Але варто злегка надломити крихкий хвіст, і вся крапля в одну мить розлетиться на дрібні осколки.

Це цікава властивість скляній краплі вперше виявили в XVII столітті чи то в Данії, то чи в Голландії (звідси ще одна їхня назва - Батавской слізки), то чи в Німеччині (джерела суперечливі), і незвичайна річ швидко поширилася по Європі в якості потішної іграшки . Свою назву крапля отримала в честь головнокомандувача англійської королівської кавалерією Руперта Пфальцского, відомого в народі як принц Руперт. У 1660 Руперт Пфальцский повернувся в Англію після довгого вигнання і привіз з собою незвичайні скляні краплі, які підніс Карлу II, а той передав їх для досліджень в Лондонське королівське товариство.

Технологію виготовлення краплі довго тримали в секреті, але в підсумку виявилося, що вона дуже проста: достатньо крапнути розплавленого скла в відро з холодною водою. У цій нехитрій технології і криється секрет сили і слабкості краплі. Зовнішній шар скла швидко застигає, зменшується в об'ємі і починає тиснути на все ще рідке ядро \u200b\u200b». Коли внутрішня частина теж остигає, ядро \u200b\u200bпочинає стискатися, однак тепер цьому протидіє вже застиглий зовнішній шар. За допомогою міжмолекулярних сил тяжіння він утримує тепле ядро, яке тепер змушений позичати більший обсяг, ніж якби воно охололи вільно. У підсумку на кордоні між зовнішнім і внутрішнім шаром виникають протиборчі сили, які тягнуть зовнішній шар всередину, і в ньому утворюється напруга стискування, а внутрішнє ядро \u200b\u200b- назовні, утворюючи напруження розтягу. При цьому внутрішня частина може навіть відірватися від зовнішньої, і тоді в краплі утворюється бульбашка. Це протистояння робить краплю міцніший за сталь. Але якщо все-таки пошкодити її поверхню, порушивши зовнішній шар, прихована сила напруги вивільниться, і від місця пошкодження уздовж всієї краплі прокотиться стрімка хвиля руйнації. Швидкість цієї хвилі - 1,5 км / с, що в п'ять разів швидше за швидкість звуку в атмосфері Землі.

Цей же принцип лежить в основі виготовлення загартованого скла, яке використовують, наприклад, в автотранспорті. Крім підвищеної міцності таке скло має серйозну перевагу в безпеці: при пошкодженні воно розбивається на безліч дрібних шматочків з тупими краями. Звичайне ж «сире» скло розлітається на великі гострі осколки, якими можна серйозно поранитися. Загартоване скло в автомобільній промисловості використовують для бічних і задніх вікон. Лобове ж скло для автомобілів роблять багатошаровим (триплекс): два або більше шару склеюють полімерною плівкою, яка при ударі утримує осколки і не дає їм розлітатися.

Вероніка Самоцкая

Крапля принца Руперта - скляний артефакт, що володіє двома протилежними один одному властивостями: він надзвичайно міцний і надзвичайно крихкий одночасно.

Крапля схожа на пуголовка з луковіцеобразние головкою і довгим, тонким хвостом. Головка настільки міцна, що здатна витримати удар молотка, а кулі, випущені в неї в упор, руйнуються при ударі - так, саме кулі, а не скло. Проте, якщо ви натиснете пальцем по хвосту краплі, це перетворить всю краплю, включаючи міцну скляну головку, в порошок.

Краплі принца Руперта (також відомі як «Батавской слізки» і «болонські склянки») утворюються шляхом потрапляння рідкого скла в холодну воду, в результаті чого зовнішня поверхня краплі твердне негайно, а скло всередині неї як і раніше залишається розплавленим. Охолоджений зовнішній шар намагається скоротитися, в той час як розплавлений внутрішній шар намагається розширитися. У процесі кристалізації протилежні сили, що діють на головку краплі, роблять її надзвичайно міцною і тендітної одночасно. Вона схожа на кам'яну арку - конструкція знаходиться під надзвичайною напругою, яке є саме тим, що не дозволяє їй розвалитися на частини. Але якщо ви приберете наріжний камінь, арка впаде.

Краплі принца Руперта вперше були виявлені в Німеччині в 1640-х роках. Спочатку вони були створені склоробами з Мекленбурга (Північна Німеччина) і продавалися в якості іграшок і чудасій по всій Європі, де їх називали по-різному: наприклад, «пруськими слёзкамі» або «голландськими слёзкамі». Склороби ретельно охороняли свій секрет, що призвело до виникнення цілого ряду теорій щодо того, як проводилися краплі.

Вчений-любитель з Англії, герцогиня Маргарет Кавендіш, після декількох тижнів експериментів з десятками зразків у своїй лабораторії, прийшла до висновку, що в головку краплі вводили невелику кількість летючого матеріалу, який бурхливо реагував на контакт з повітрям.

У 1660 році принц Руперт Пфальцский, герцог Камберлендський і один із засновників Королівського товариства, привіз з собою кілька скляних крапель, щоб продемонструвати їх вченим і королю Карлу II. Як ви, напевно, вже здогадалися, вони були названі в його честь.

Роберт Гук, який відповідав за проведення експериментів перед членами суспільства, зробив важливий прорив, припустивши, що саме охолодження скла після занурення в воду викликало дивну властивість крапель, хоча більш повне розуміння механіки стало доступним лише через три століття.

Лише в 1994 році вчені з Університету Пердью і Кембріджського університету, використовуючи високошвидкісну кадруються зйомку, щоб поспостерігати процес руйнування краплі, прийшли до висновку, що поверхня кожної краплі відчуває високу компресійну навантаження, в той час як внутрішня частина знаходиться під впливом сил високої напруги - в стані нерівномірного рівноваги, яке можна легко порушити, зламавши хвіст. Експерименти показують, що цибулинні головка здатна витримати силу стиснення до 7000 кілограм на сантиметр квадратний. Також було підраховано, що руйнівні тріщини поширюються по хвосту і голівці з вражаючою швидкістю - 6500 кілометрів на годину.

Надалі, співпрацюючи з Таллінським технологічним університетом в Естонії, дослідники виявили, що для того щоб розбити краплю, потрібно створити тріщину, здатну проникнути в зону її внутрішньої напруги. Зовнішній компресійний шар дуже тонкий: він становить всього близько 10 відсотків діаметру головки краплі, проте володіє неймовірно високою міцністю. Оскільки тріщини на поверхні, як правило, розростаються паралельно поверхні, вони не можуть потрапити в зону напруги. Але якщо хвіст трісне, тріщини потраплять в зону напруги і звільнять всю накопичену енергію, змусивши краплю зруйнуватися.

Загартоване скло, яке, як правило, використовують при виробництві автомобілів і мобільних телефонів, роблять за таким же принципом. Його швидко охолоджують в розплавленому вигляді за допомогою холодного повітря, створюючи внутрішнє напруження, яке дозволяє поверхні залишатися стислій весь час. Стиснення запобігає розростання тріщин, але коли скло остаточно розбивається, воно розсипається на тисячі дрібних шматочків. Ось чому лобові стекла автомобілів при ударі розбиваються на дрібні шматочки, однак вони покриті спеціальним шаром клею, який запобігає потраплянню частинок в салон автомобіля і нанесення травм пасажирам.

«Розтягуюче напруга - це те, що зазвичай призводить до руйнування матеріалів способом, аналогічним розриву аркуша паперу навпіл, - каже Коушік Вішванатан з Університету Пердью. - Але якщо ви зміните розтяжне напруга на стискуюче, тоді ви утрудните розростання тріщин, і це саме те, що відбувається в голівці краплі принца Руперта ».

Батавской слізки або болонські склянки, а також краплі принца Руперта - це застиглі краплі загартованого скла, що володіють надзвичайно міцними властивостями. В Англії їх привіз принц Руперт Пфальцский в середині XVII століття. Тоді ж вони привернули пильну увагу вчених.

16879 1 4 18

Швидше за все, подібні скляні краплі були відомі склодувів з незапам'ятних часів, проте увагу вчених вони залучили досить пізно: десь в середині XVII століття. З'явилися вони в Європі (за різними джерелами, в Голландії, Данії або Німеччині). Технологія виготовлення «слёзок» трималася в секреті, але на перевірку виявилася дуже простий.

Якщо капнути розплавленим склом в холодну воду, виходить крапля в формі пуголовка, з довгим вигнутим хвостом. При цьому крапля має виняткову міцність: по її «голові» можна бити молотком, і вона не розіб'ється. Але якщо надломити хвостик, крапля миттєво розлітається на дрібні осколки.

На кадрах, зареєстрованих за допомогою високошвидкісної зйомки, видно, що фронт «вибуху» рухається по краплині з великою швидкістю: 1,2 км / с, що майже в 4 рази вище швидкості звуку.

В результаті різкого охолодження, скляна крапля відчуває сильні внутрішні напруги, що і викликає такі дивні властивості. Зовнішній шар краплі охолоджується так швидко, що структура скла не встигає перебудуватися. Серцевина виявляється розтягнута, а зовнішній шар - стиснутий. Аналогічним чином отримують загартоване скло - однак у нього немає того хвостика, за який можна так легко зламати оболонку.