Капля принца руперта что
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
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.
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.
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.
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.
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.
Капля принца Руперта, застывающая в воде. Видно, что наружная оболочка капли застывает гораздо быстрее. Фото с сайта popsci.com
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.
Капли принца Руперта, или, как их еще называют, батавские слёзки — это не что иное, как обычное стекло, застывшее определенным образом, и поэтому оно имеет уникальные свойства. История появления этих капель уходит в глубину веков, и даже не до конца понятно, кто первым изобрел это чудо: ученые в лаборатории или профессиональные стеклодувы. Капли стекла подобной формы получаются, если стекло остывало не на воздухе, а в холодной воде.
Считается, что они впервые были получены в Батавии (латинское название Нидерландов), поэтому и приобрели название «батавские слёзки».
Способ получения стеклянных капель принца Руперта долгое время был неизвестен широкой публике. Их странные свойства впечатляли людей, многие считали их чем-то мистическим. И даже после того, как секрет их получения был раскрыт, причина их необычной прочности оставалась загадкой. И лишь спустя столетия ученые смогли объяснить, что же происходит внутри этого загадочного кусочка стекла.
Попадая в ледяную воду, разогретое до 600ºС стекло начинает стремительно охлаждаться. Сначала остывает и сжимается внешний слой стекла, образуя своеобразную оболочку. При этом внутренняя жидкая часть капли остывает медленнее, и такого сильного сжатия не происходит, а между ней и оболочкой возникает сильное напряжение. Именно это напряжение и сопротивляется внешнему давлению, не давая удивительной капле треснуть под воздействием пресса или удара. Но стоит отломить длинный «хвост» капли, как волшебство заканчивается: вся капля разлетается вдребезги из-за нарушения целостности оболочки.
Но батавские слёзки — это не просто чудесная демонстрация физических процессов, но и весьма интересное явление, которое нашло применение в промышленности. Закаленное стекло, обладающее повышенной прочностью к ударам, а также значительной термостойкостью, получают аналогичным образом. Обычное стекло в форме листа, разогретое до высоких температур, мгновенно охлаждается воздухом с низкой температурой. Именно такой способ получения и придает ему невероятную прочность.
Капля принца руперта что
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.
Видеоверсия, для тех кто предпочитает смотреть\слушать:
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?
Принц Руперт и Карл II (слева на право):
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.
Пример производства капли Руперта:
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.
Капля Руперта vs..38 Smith & Wesson Special:
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.
Посмотрев на каплю через поляризатор, можно «увидеть» все это накопленное напряжение:
Пример с расчётами скорости взрыва капли Руперта:
Спасибо, что уделили время.
P.S. Если, кто-то делал сам капли принца Руперта, будьте добры, расскажите об этом в комментарии или постом
Взрыв батавской слезы
Фронт взрыва движется со скоростью 1,2 км/сек, осколки стекла летят во все стороны как микро-снаряды. Аналогичный процесс происходит и в других закалённых стёклах при их разрушении, даже в автомобильных. Водителей и пассажиров спасает, что из-за другой технологии охлаждения осколки получаются безопасными. Ну, и хвостика, который легко обломить, у автостёкол нет.
Слеза принца Руперта или самое прочное в мире стекло
Батавские слезки
Капля принца Руперта или батавские слезки. Маленькая капля стекла, похожая на головастика с большой головой и длинным тонким хвостиком. Она, казалось бы, такая хрупкая и уязвимая, на самом деле чрезвычайно прочна. Настолько, что способна противостоять летящей пуле и немалому давлению гидравлического пресса.
И секрет ее прочности хранится именно в тонюсеньком хвостике.
Как в сказке про Кощея Бессмертного, если найти нужную иглу и сломать ее, то и замок злодея, и он сам разлетятся на мелкие части. Так же происходит и с каплей стекла, о которой пойдет речь.
С этих пор их стали называть «каплями принца Руперта».
Технология изготовления капель чрезвычайно проста. Берется емкость с холодной водой, в которую опускают раскаленную до 600 градусов по Цельсию каплю стекла. Наружная оболочка ее быстро затвердевает, и получается «стеклянный головастик».
Люди уже несколько столетий знали о феноменальных свойствах этого «головастика», но объяснить их смогли лишь недавно.
Предупреждаем! Зрелище это интересное, но опасное, поэтому опыт можно проводить, лишь защитив глаза.
Невероятно! Люди пошли дальше и решили посмотреть, сможет ли каплю принца Руперта разбить летящая пуля. Что из этого получилось?
Сначала пуля разлетается на части, а лишь потом капля.
Отчего же так происходит? Когда раскаленная капля попадает в ледяную воду, ее верхний слой мгновенно охлаждается и становится твердым. Процесс происходит настолько быстро, что объем капли остается прежним, хотя известно, что при охлаждении объем должен уменьшаться.