Kvapky princa Ruperta: Hádanka, ktorá lámala hlavy vedcov 400 rokov, dostala vysvetlenie
Kvapky princa Ruperta sú sklenené guličky, ktoré odolávajú úderu kladivom, no ak ich rozstrihnete, explodujú. Vedci zistili, čo stojí za týmto zvláštnym správaním sa.
Medzinárodný výskumný tím z Purdue University zistil zdroj bizarného správania štruktúr známych ako Prince Rupert’s drops. Ide o zvláštny typ sklenených guličiek, ktoré sú vytvorené v procese rýchleho ochladzovania roztaveného skla. Tieto guličky majú zvláštne vlastnosti, ktoré ich odlišujú od iných druhov skla.
Odolajú úderu kladivom, no ak do nich zastrihnete, rozletia sa
Tieto sklenené kvapky pripomínajú žubrienky a majú bizarné vlastnosti. Kvapky totiž dokážu odolávať úderom kladiva, no ak by ste zastrihli do ich chvosta, tak explodujú do prášku, ktorý sa rozletí navôkol. Pre lepšiu ilustráciu, ako sa tento materiál správa, si pozrite nižšie video.
Tieto kvapky fascinujú vedcov už od 17. storočia, keď ich objavil nemecký princ Rupert, ktorý daroval päť takýchto kvapiek anglickému kráľovi Karlovi II.
„Od sedemnásteho storočia sa slávni vedci a prírodovedci snažia pochopiť výnimočné vlastnosti týchto kvapiek,“ povedal Srinivasan Chandrasekar, profesor priemyselného inžinierstva na Purdue a riaditeľ centra pre spracovanie materiálov a tribológiu na tejto univerzite. „Prince Rupertove kvapky sú zaujímavosťou už takmer 400 rokov.“
Vedci zistili, čo stojí za ich zvláštnym správaním
Výskumníci použili techniku integrovanej fotoelasticity, aby odhalili vlastnosti týchto kvapiek. Ide o techniku, ktorá sa používa na meranie napätia v materiáloch. Táto technika využíva polarizáciu svetla, ktoré sa vysiela cez materiál. Pre tých, ktorí nevedia, tak pri pôsobení napätia v materiáli dochádza k deformácii, ktorá mení vlastnosti svetla. Keď prechádza toto svetlo skrz materiál, mení sa polarizácia svetla a tým sa vytvárajú farebné pásy, ktoré sa dajú vizualizovať a analyzovať. Z týchto dát sa potom pomocou matematických techník vypočítajú hodnoty napätia v materiáli.
Vedci ešte pred viac ako 20 rokmi dozadu skúmali rozpad týchto kvapiek pomocou vytvorenia videa, pri ktorom vytvorili 1 milión snímok za sekundu. Zistili, že trhliny od chvosta smerom k hlave zrýchľujú rýchlosťou približne 6 400 kilometrov za hodinu, čo vysvetľuje ich explozívny rozpad. No nedávny výskum vedcov sa pozrel na úžasné správanie hlavy, ktorá je odolná voči rozbitiu.
Neprehliadnite
Merania ukázali, že kvapky majú komplexné napätie, ktoré sa zobrazuje ako farebné pruhy v rámci polarizačných filtrov. Vedci zistili, že vysoká pevnosť hlavy kvapky pochádza z kompresného napätia približne 50 ton na štvorcový palec, čo ich robí takmer rovnako silnými ako niektoré triedy ocele.
Podľa tímu je to preto, že vonkajšok kvapky sa ochladzuje rýchlejšie ako vnútro. Pre tých, ktorí nevedia, tak tieto kvapôčky sa vyrábajú procesom, kedy sa guľôčky roztaveného skla vystavia studenej vode, aby sa ochladili. Tým sa vonkajšok zmení na vrstvu silných tlakových síl, ktoré tlačia dovnútra. Tie sú vyvážené ťahovými alebo ťažnými silami vo vnútri kvapky.
Pokiaľ tieto sily zostanú v rovnováhe, tak môže vydržať obrovský stres, akým je napríklad úder kladivom.
Komentáre