Ce este picătura prințului Rupert? O proprietate interesantă a căderii Prințului Rupert (video)

Lacrima prințului Rupert, picăturile batave sau olandeze, lacrima diavolului - toate acestea sunt nume pentru același fenomen fizic. Partea rotundă a unei astfel de lacrimi este din sticlă foarte puternică, iar coada ei este călcâiul lui Ahile, care, atunci când este spart, transformă întreaga structură în praf.

Opiniile cu privire la originea picăturilor Prince Rupert variază foarte mult. Unele surse indică faptul că au fost inventate în 1625 în Germania. Dar sunt numite și „lacrimi batave” și iată de ce.

Cum a fost descoperită Prince Rupert Drop

Odată ajuns în Olanda, un om de știință necunoscut pentru noi a efectuat un experiment interesant. A topit un bețișor de sticlă pe un arzător puternic și a scuturat picăturile lichide topite într-un recipient cu apă obișnuită. Picăturile de sticlă, înghețate în apă rece, au căpătat o formă bizară, care amintește de mormoloci cu cap rotund și coadă subțire ca de șarpe. Descoperirea l-a impresionat pe cercetător, iar descoperirii sale i-a dat un nume - Lacrimi Batavian în onoarea lui Batavia - fostul nume al patriei sale. După cum sa dovedit, descoperirea omului de știință nu s-a oprit aici, deoarece mai târziu a descoperit cea mai interesantă proprietate a lor.

Se crede că sticla este un material destul de fragil. Dar proprietatea acestor picături de sticlă este de așa natură încât, chiar și cu numeroase lovituri cu un ciocan pe partea rotunjită, acestea nu se sparg. Mai mult, dacă în timpul experimentului așezi această picătură sub o presă pe o placă de metal, atunci va rămâne o amprentă în formă de picătură pe ea. Dar de îndată ce îi spargi vârful cozii subțiri, explodează instantaneu într-un milion de fragmente minuscule.

Într-un fel sau altul, Lacrimile Batavian au devenit cunoscute pe scară largă după ce ducele britanic Rupert al Palestinei le-a prezentat ca un cadou ciudat regelui Marii Britanii, Carol al II-lea. Regele a însărcinat apoi Societatea Științifică Regală să investigheze natura lor misterioasă și amuzantă. În onoarea Prințului Palestinei, lacrimile batave au început să fie numite nimic mai puțin decât picăturile de sticlă ale Prințului Rupert. Metoda de creare a lor a fost ținută în cel mai strict secret timp îndelungat, dar oricine le-a putut cumpăra ca un suvenir amuzant.

De ce explodează picătura prințului Rupert?

Astăzi, motivele comportamentului neobișnuit al picăturilor de sticlă au fost deja dovedite științific. Faptul este că atunci când picăturile de sticlă intră în apă rece, ele îngheață rapid. În fiecare dintre ele se generează stres mecanic ridicat. Dacă vă imaginați că o picătură este formată dintr-o coajă și un miez, puteți înțelege că începe să se solidifice mai întâi la suprafață, adică învelișul său scade și se contractă în timp ce miezul continuă să fie fierbinte și lichid.

Când temperatura internă a picăturii scade, miezul începe și el să se comprime, dar acum apare rezistența din cauza stratului exterior înghețat. Legăturile intermoleculare strânse îi permit să comprima nucleul, care ocupă deja un volum mai mare.

Între carcasă și, respectiv, miez apare o tensiune foarte puternică - compresie pe stratul exterior și tensiune pe interior. Dacă sticla topită este pusă în apă prea rece, nivelul de tensiune va atinge un maxim și va permite ca interiorul picăturii să se separe de exterior, formând o bulă.

Exact forțe interne Tensiunile de compresiune și de tracțiune rezistă oricărei forțe de impact. Prin ruperea „cozii” picăturii, vom distruge stratul superior, ceea ce va permite presiunii de tracțiune interioare să se acumuleze forță deplină, iar picătura de sticlă va fi spartă în praf. Această tensiune internă este atât de mare încât explozia are loc literalmente într-o clipă. Prin urmare, atunci când desfășurați un experiment, asigurați-vă că vă aprovizionați cu ochelari de protecție.

Recent, un grup de oameni de știință din diferite părți ale lumii și-au propus să „ajungă la fundul” adevărului și să afle de ce și cum exact are loc o explozie atunci când coada Prince Rupert Drop se rupe.

Faptul este că atunci când învelișul exterior este deteriorat, apare o fisură care pătrunde direct în „inima” picăturii, unde este concentrată aceeași forță de stres.

Ținând cont de faptul dovedit științific că stratul exterior este comprimat și stratul interior este întins, oamenii de știință s-au uitat la modul în care exact este distribuită presiunea în interiorul lacrimei. S-a dovedit că forța de compresie la nivelul carcasei exterioare depășește presiunea atmosferică de 7000 de ori și ajunge la 700 de megapascali. Acest lucru este incredibil, având în vedere că suprafața unei lacrimi de sticlă este neobișnuit de subțire și aria sa este de doar 10% din întregul corp al picăturii.

Cercetătorii au mai descoperit că, pentru ca Prince Rupert Drop să explodeze, crăpăturile trebuie să ajungă în centrul său. Când sunt lovite cu un ciocan sau cu orice alt impact asupra capului de picătură, fisurile se împrăștie pe suprafața sa fără a pătrunde în zona de tensiune internă. Acesta este ceea ce explică puterea mingii. Când „coada” este distrusă, crăpăturile reușesc să pătrundă în partea interioară a rupturii de sticlă, ceea ce atrage după sine o explozie.

O aplicație modernă a efectului de picătură Prince Rupert

Principiul comportamentului picăturii Prince Rupert a fost deja aplicat cu succes în industrie. Acest tip de sticlă este familiar tuturor ca fiind „călit”.
Anterior, erau produse „ochelari căliți”. Ar putea fi aruncate pe podea fără nicio strângere de conștiință - nu s-a rupt niciodată la impact. Dar un cip care a apărut accidental pe margine ar putea provoca oricând explozia acestuia. Prin urmare, astfel de feluri de mâncare trebuiau manipulate și mai atent decât sticla obișnuită.

Sticla auto este fabricată folosind un principiu similar astăzi. Pe lângă faptul că este mai durabil, are un alt avantaj important pentru siguranța pasagerilor - dacă este deteriorat, se sfărâmă în bucăți mici cu marginile rotunjite. Când sticla umedă se sparge, se formează fragmente ascuțite și mari care pot provoca răni grave.
Geamurile laterale și din spate sunt realizate din sticlă călită, în timp ce parbrizurile sunt realizate prin lipirea mai multor straturi de astfel de sticlă folosind o folie polimerică specială, care le va împiedica să se destrame în cazul unui accident.

Videoclip despre efectul de picătură al Prințului Rupert

), sau „lacrima daneză”. Capul de cădere este incredibil de durabil, este foarte dificil să îl deteriorați mecanic prin compresie: chiar și lovituri puternice de ciocan sau presa hidraulica nu-i provoca niciun rău. Dar dacă rupeți ușor coada fragilă, întreaga picătură se va împrăștia în fragmente mici cât ai clipi.

Această proprietate curioasă a unei picături de sticlă a fost descoperită pentru prima dată în secolul al XVII-lea, fie în Danemarca, fie în Olanda (de unde un alt nume pentru ei - lacrimi batave), fie în Germania (sursele sunt contradictorii), iar lucrul neobișnuit s-a răspândit rapid în toată Europa. ca o jucărie amuzantă. Picătura și-a primit numele în onoarea comandantului-șef al cavaleriei regale engleze, Rupert of the Palatinate, cunoscut popular sub numele de Prințul Rupert. În 1660, Rupert din Palatinat s-a întors în Anglia după un lung exil și a adus cu el picături neobișnuite de sticlă, pe care le-a prezentat lui Carol al II-lea, care le-a donat Societății Regale din Londra pentru cercetare.

Tehnologia de realizare a picăturii a fost ținută secretă multă vreme, dar în cele din urmă s-a dovedit a fi foarte simplă: aruncați doar sticlă topită într-o găleată de apa rece. În această tehnologie simplă stă secretul puterii și slăbiciunii picăturii. Stratul exterior de sticlă se întărește rapid, scade în volum și începe să exercite presiune asupra miezului încă lichid.” Când și partea interioară se răcește, miezul începe să se micșoreze, dar acum acest lucru este contracarat de stratul exterior deja înghețat. Cu ajutorul forțelor intermoleculare de atracție, ține miezul răcit, care acum este forțat să ocupe un volum mai mare decât dacă s-ar fi răcit liber. Ca urmare, la limita dintre straturile exterior și interior apar forțe opuse, care trage stratul exterior spre interior și se formează o tensiune de compresie în el, iar miezul interior trage spre exterior, formând o tensiune de tracțiune. În acest caz, partea interioară se poate desprinde chiar de cea exterioară, iar apoi se formează un balon în picătură. Această opoziție face picătura mai puternică decât oțelul. Dar dacă totuși îi deteriorați suprafața, rupând stratul exterior, forța ascunsă a tensiunii va fi eliberată și un val rapid de distrugere se va rostogoli de la locul deteriorării de-a lungul întregii picături. Viteza acestei unde este de 1,5 km/s, ceea ce este de cinci ori mai mare decât viteza sunetului în atmosfera Pământului.

Același principiu stă la baza producției de sticlă călită, care este utilizată, de exemplu, în vehicule. Pe lângă rezistența sporită, o astfel de sticlă are un avantaj serios de siguranță: dacă este deteriorată, se sparge în multe bucăți mici cu margini tocite. Sticla obișnuită „brută” se sparge în fragmente mari și ascuțite, care vă pot răni grav. Sticla securizata este folosita in industria auto pentru geamurile laterale si spate. Parbrizele pentru mașini sunt realizate cu mai multe straturi (triplex): două sau mai multe straturi sunt lipite împreună cu o peliculă de polimer, care, la impact, ține fragmentele și le împiedică să zboare.

Veronica Samotskaya

Permiteți-mi să vă prezint una dintre proprietățile interesante ale sticlei, care se numește în mod obișnuit picăturile (sau lacrimile) lui Prince Rupert. Dacă aruncați sticlă topită în apă rece, aceasta se va întări sub forma unei picături cu o coadă lungă și subțire. Datorită răcirii instantanee, picătura capătă duritate crescută, adică nu este atât de ușor să o zdrobiți. Dar dacă rupeți coada subțire a unei astfel de picături de sticlă, aceasta va exploda imediat, împrăștiind cel mai fin praf de sticlă în jurul său.

Picăturile de sticlă au fost inventate în Germania în 1625. În secolul al XVII-lea, exista o opinie că lacrimile de sticlă au fost de fapt inventate în Olanda, așa că au fost numite incorect „olandezi”. În Marea Britanie, lacrimile de sticlă au devenit celebre datorită ducelui britanic Rupert al Palestinei. Le-a prezentat regelui Carol al II-lea, care, la rândul său, i-a prezentat Regalului Către Societatea Științifică. În onoarea ducelui, lacrimile de sticlă au început să fie numite „picăturile lui Rupert”. Metoda de preparare a picăturilor Duke Rupert a fost ținută secretă multă vreme. Au fost vândute tuturor, ca niște jucării amuzante.

Astăzi, mecanismul de „lucrare” a lacrimilor olandeze a fost studiat amănunțit. Dacă sticla topită cade în apă rece, se solidifică rapid, acumulând un stres mecanic incredibil. Să distingem condiționat stratul exterior și miezul interior în picătură. Picătura se răcește de la suprafață, iar stratul său exterior se contractă și scade în volum, în timp ce miezul rămâne lichid și fierbinte.

După ce temperatura din interiorul mingii scade, miezul va începe să se micșoreze. Cu toate acestea, stratul exterior deja dur va rezista procesului. Cu ajutorul forțelor intermoleculare de atracție, ține cu tenacitate nucleul care, atunci când este răcit, este forțat să ocupe un volum mai mare decât dacă s-ar răci liber.

Ca urmare, forțele vor apărea la limita dintre stratul exterior și miez, trăgând stratul exterior spre interior, creând tensiuni de compresiune în el, iar miezul interior spre exterior, creând tensiuni de tracțiune în el. Aceste tensiuni la răcirea prea rapidă sunt destul de semnificative. Deci interiorul mingii se poate desprinde din exterior, iar apoi se formează o bula în picătură.

Dacă integritatea stratului de suprafață al rupturii este perturbată, forța de tensiune este imediat eliberată. Picătura de sticlă înghețată în sine este foarte puternică. Poate rezista cu ușurință la o lovitură de ciocan. Cu toate acestea, dacă îi rupi coada, se prăbușește atât de repede încât seamănă mai mult cu o explozie de sticlă.

Comentarii: 0

Serghei Ryzhikov

Prelegerile lui Serghei Borisovici Ryzhikov cu demonstrații de experimente fizice au fost susținute în 2008–2010 în Auditoriul Mare demonstrativ al Facultății de Fizică a Universității de Stat din Moscova. M. V. Lomonosov.

Nu am reușit niciodată să găsim sursa originală a acestei credințe larg răspândite: nici o singură coală de hârtie nu poate fi pliată de două ori mai mult de șapte (conform unor surse, de opt) ori. Între timp, recordul actual de pliere este de 12 ori. Și ceea ce este mai surprinzător este că aparține fetei care a fundamentat matematic această „ghicitoare a unei foi de hârtie”.

Alexandra Skripcenko

Matematicianul Alexandra Skripchenko despre biliard ca sistem dinamic, unghiuri raționale și teorema lui Poincaré.

Giulio M. Ottino

Simpla mișcare periodică bidimensională a unui fluid vâscos poate deveni haotică, rezultând o amestecare eficientă. Experimentele și simulările pe computer clarifică mecanismul acestui fenomen.

Valeri Opoytsev

Aristotel și Galileo despre căderea corpurilor. Forțele de frecare. Alunecare și rostogolire. Statica, cinematica. Natura vectorială a forțelor și vitezelor. Adăugarea și descompunerea. Independența acțiunilor și mișcărilor. Conservarea impulsului. Moment de forță și moment de impuls. Giroscoape. banca lui Jukovski. Mișcarea de rotație. Momentul forței și momentul impulsului într-o versiune plană de rotație. Rotaţie solidși momentul de inerție. Muncă, energie, legi de conservare. Sisteme și forțe non-inerțiale. Efect centrifugal. Forța Coriolis. Problema lui Einstein despre pescăruși. Presiunea atmosferică. Legile lui Pascal și Arhimede. Paradoxul lui Arhimede.

Este posibil să fi experimentat senzații fizice ciudate în lifturile de mare viteză: când liftul începe să se miște în sus (sau încetinește când cobori), ești apăsat de podea și ți se pare că ești momentan mai greu; iar în momentul frânării la deplasare în sus (sau pornire la deplasare în jos), podeaua liftului dispare literalmente de sub picioare. Tu însuți, poate fără să-ți dai seama, experimentezi efectul principiului echivalenței maselor inerțiale și gravitaționale. Când liftul pornește în sus, se mișcă cu o accelerație care se adaugă la accelerația datorată gravitației în cadrul non-inerțial (accelerator) asociat cu liftul, iar greutatea dvs. crește. Cu toate acestea, de îndată ce liftul atinge „viteza de croazieră”, începe să se miște uniform, „creșterea” în greutate dispare, iar greutatea ta revine la valoarea obișnuită. Astfel, accelerația produce același efect ca și gravitația.

Mișcarea unui corp fizic într-o dimensiune nu depinde de mișcarea sa în celelalte două dimensiuni. De exemplu, traiectoria de zbor a unei ghiulele este o combinație a două traiectorii de mișcare independente: mișcare uniformă orizontal cu viteza transmisă miezului de tun și mișcarea accelerată uniform pe verticală sub influența gravitației.

Vladimir Pavlov

Concepte introductive. Scopul fizicii. Principii și concepte de bază. Conceptul de spațiu-timp. Principiile simetriei spatiu-timp. Principiul dinamic. Acţiune. Funcția Lagrange. Ecuații Euler–Lagrange. Legile de conservare. teorema lui Noether. Energie, impuls, moment. problema lui Kepler. Modele. formalismul hamiltonian. Afișajul lui Legendre. Funcția Hamilton. Ecuațiile lui Hamilton. Suport Poisson. Formularea invariantă a mecanicii.

O fântână care străpunge Pământul este un obiect virtual clasic, folosind exemplul căruia se poate studia simultan legea gravitația universalăŞi vibratii armonice. Fizicienii au estimat timpul necesar pentru ca un obiect să cadă într-un puț care trece prin centrul Pământului, ținând cont de influența rezistenței aerului din sondă sau de posibila frecare împotriva pereților acestuia. Cea mai recentă estimare arată că căderea în centrul Pământului va dura cel puțin 1,8 ani.

Moleculele unui lichid experimentează forțe de atracție reciprocă - de fapt, tocmai din această cauză lichidul nu se evaporă imediat. Pe moleculele din interiorul unui lichid, forțele de atracție ale altor molecule acționează pe toate părțile și, prin urmare, se echilibrează reciproc. Moleculele de pe suprafața unui lichid nu au vecini în exterior, iar forța de atracție rezultată este direcționată în interiorul lichidului. Ca urmare, întreaga suprafață a apei tinde să se contracte sub influența acestor forțe. Luat împreună, acest efect duce la formarea așa-numitei forțe de tensiune superficială, care acționează de-a lungul suprafeței lichidului și duce la formarea unui fel de peliculă invizibilă, subțire și elastică pe acesta.

4,5 (90%) 2 voturi

Astăzi am găsit ceva nou și interesant pentru tine, deși poate că este nou doar pentru mine, dar cu siguranță va fi interesant pentru toată lumea - picăturile Prince Rupert. Să ne dăm seama care sunt aceste picături și de ce sunt interesante...

Ce sunt Prince Rupert Drops

Picăturile Prince Rupert sunt picături de sticlă cu o coadă subțire care sunt create prin plasarea sticlei topite în apă. Și lucrul interesant la ei este că sunt aproape imposibil de zdrobit, călcat, spart sau distrus în orice alt mod accesibil oamenilor, dar acest lucru se aplică doar picăturii în sine, dar are și o coadă subțire, în care vulnerabilitatea se ascunde un lucru aparent indestructibil, iar dacă se sparge, atunci are loc o adevărată explozie de sticlă. Vedeți singuri cum încearcă fără succes să zdrobească picătura Prințului Rupert cu o presă hidraulică:

și cum explodează ușor dacă vârful subțire este deteriorat:

Ei bine, un efect interesant?

Să ne dăm seama cum se obține un rezultat atât de interesant? Pentru a face acest lucru, trebuie să înțelegeți cum sunt făcute picăturile lui Prince Rupert.

Prințul Rupert spune cum se face

Pentru a face picături Prince Rupert, trebuie să puneți sticlă topită în apă. Când sticla topită intră în apă rece, se întărește foarte repede cu acumularea simultană de stres intern enorm. Mai mult, răcirea are loc cel puțin rapid, dar nu instantaneu, așa că atunci când stratul de suprafață s-a răcit deja, s-a întărit și a scăzut în volum, partea interioară a picăturii, să-i spunem miezul, este încă în stare lichidă și topit.

În continuare, miezul începe să se răcească și să se contracte, dar legăturile intermoleculare cu stratul exterior, deja solid, îl împiedică să se comprima, drept urmare, după răcire, miezul ocupă un volum mai mare decât dacă ar fi răcit într-o formă liberă.

Din această cauză, forțele acționează în sens opus la limita stratului exterior și miezului, care trag stratul exterior spre interior și miezul spre exterior, creând, respectiv, o solicitare de compresiune pentru stratul exterior și o tensiune de tracțiune pentru cel interior. miez. Ca urmare, avem o tensiune internă uriașă, ceea ce face picătura foarte puternică, dar, în același timp, orice deteriorare a stratului exterior duce la o defalcare a structurii și o explozie de sticlă, iar din moment ce locul cel mai subțire este coada , prin ea stratul exterior poate fi distrus pentru a obține o explozie atât de frumoasă ca în videoclipul de mai sus sau în fotografia de mai jos:

Și acest videoclip este pentru cei cărora le este mai ușor să perceapă informațiile video decât să citească o mulțime de scrisori:

Când și unde au fost descoperite picăturile Prințului Rupert?

Picăturile prințului Rupert au fost descoperite pentru prima dată în Germania în 1625, cu toate acestea, așa cum se întâmplă adesea, a existat o părere că au fost descoperite de olandezi, sau poate suna mai frumos, pentru că tot ceea ce străin trezește mai multă curiozitate, în acest timp nu se schimbă, de unde și al doilea nume pentru aceste picături - lacrimi olandeze.

Ce legătură are Prințul Rupert cu asta, se poate întreba cititorul? Cert este că prințul Rupert, ducele britanic, a fost omul care a adus aceste picături în Anglia și le-a prezentat monarhului englez Carol al II-lea. Regelui i-au plăcut foarte mult picăturile de sticlă interesante și le-a dat Societății Științifice Regale Britanice pentru studiu. În cinstea acestor evenimente, picăturile curioase au început să fie numite picăturile Prințului Rupert, iar acest nume s-a păstrat perfect până în zilele noastre. Aici el este un exemplu viu al modului în care poți intra în istorie pur și simplu oferind un lucru interesant persoanei potrivite.

Interesant este că metoda de fabricare a lacrimilor olandeze a fost ținută secretă multă vreme, în timp ce le-a vândut ca jucării interesante la târguri și piețe.

Am citit ce scriu despre Prințul Rupert Biografia lui este destul de interesantă, a fost implicat în multe evenimente istorice, dar acesta este mai degrabă un subiect pentru o postare separată.

Când terminam postarea, am găsit un videoclip interesant și relevant, în care întregul proces este prezentat de la început până la sfârșit - de la crearea picăturii Prințului Rupert până la explozia de sticlă:

Acum subiectul drop-ului Prince Rupert este complet acoperit și poți să-ți arăți cu calm aceste cunoștințe în companie sau chiar să faci picături similare (doar fii atent). Asta e tot pentru azi, ne vedem data viitoare!

Să distingem condiționat stratul exterior și miezul interior în picătură. Picătura se răcește de la suprafață, iar stratul său exterior se contractă și scade în volum, în timp ce miezul rămâne lichid și fierbinte.

După ce temperatura din interiorul mingii scade, miezul va începe să se micșoreze. Dar procesul va fi rezistat de stratul exterior deja dur. Cu ajutorul forțelor intermoleculare de atracție, ține cu tenacitate nucleul care, atunci când este răcit, este forțat să ocupe un volum mai mare decât dacă s-ar răci liber.

Ca urmare, forțele vor apărea la limita dintre stratul exterior și miez, trăgând stratul exterior spre interior, creând tensiuni de compresiune în el, iar miezul interior spre exterior, creând tensiuni de tracțiune în el.

Aceste tensiuni sunt foarte mari atunci când sunt răcite prea repede. Deci, partea interioară a mingii se poate desprinde de partea exterioară, iar apoi se formează un balon în picătură.

Stresul rezidual foarte mare are ca rezultat proprietăți neobișnuite, cum ar fi capacitatea de a rezista la o lovitură de ciocan în capul unei căderi Prince Rupert fără a-i rupe integritatea.

Dar dacă deteriorați ușor coada, picătura se prăbușește cu viteză mare. Distrugerea are loc cu o viteză de 1658 metri pe secundă, adică aproximativ 5968,8 kilometri pe oră.