Крапля принца Руперт. Парадокс краплі принца руперта

), або «датської сльози». Головка краплі неймовірно міцна, її дуже складно механічно пошкодити шляхом стиснення: навіть сильні удари молота або гідравлічний прес не завдають їй жодної шкоди. Але варто злегка надламати крихкий хвіст, і вся крапля миттєво розлетиться на дрібні уламки.

Цю цікаву властивість скляної краплі вперше виявили в XVII столітті чи то в Данії, чи то в Голландії (звідси ще одна їхня назва - батавські сльози), чи то в Німеччині (джерела суперечливі), і незвичайна річ швидко поширилася по Європі як забавна іграшка. . Свою назву крапля отримала на честь головнокомандувача англійської королівської кавалерії Руперта Пфальцського, відомого в народі як принц Руперт. У 1660 Руперт Пфальцський 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 суспільство.

Технологію виготовлення краплі довго тримали в секреті, але в результаті виявилося, що вона дуже проста: досить капнути розплавлене скло у відро з холодною водою. У цій нехитрій технології і криється секрет сили та слабкості краплі. Зовнішній шар скла швидко застигає, зменшується в обсязі і починає тиснути на рідке ядро, що все ще». Коли внутрішня частина теж остигає, ядро ​​починає стискатися, проте тепер цьому протидіє зовнішній шар, що вже застиг. За допомогою міжмолекулярних сил тяжіння він утримує ядро, що охололо, яке тепер змушене займати більший обсяг, ніж якби воно охолоне вільно. У результаті межі між зовнішнім і внутрішнім шаром виникають протиборчі сили, які тягнуть зовнішній шар усередину, й у ньому утворюється напруга стиснення, а внутрішнє ядро ​​- назовні, утворюючи напругу розтягування. При цьому внутрішня частина може навіть відірватися від зовнішньої, і тоді в краплі утворюється бульбашка. Це протистояння робить краплю міцнішою за сталь. Але якщо все-таки пошкодити її поверхню, порушивши зовнішній шар, прихована сила напруги звільниться, і від місця пошкодження вздовж усієї краплі прокотиться стрімка хвиля руйнування. Швидкість цієї хвилі - 1,5 км/с, що вп'ятеро швидше за швидкість звуку в атмосфері Землі.

Цей 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 «сире» скло розлітається на великі гострі уламки, якими можна серйозно поранитися. Загартоване скло в автомобільній промисловості використовують для бічних та задніх вікон. Лобове скло для автомобілів роблять багатошаровим (триплекс): два або більше шари склеюють полімерною плівкою, яка при ударі утримує уламки і не дає їм розлітатися.

Вероніка Самоцька

Дозвольте познайомити вас з однією з цікавих властивостей скла, яку називають краплями (або сльозами) принца Руперта. Якщо капнути розплавлене скло холодну воду, воно застигне у формі краплі з довгим тоненьким хвостиком. Через миттєве охолодження крапля набуває підвищеної твердості, тобто розчавити її не так вже й просто. Але варто в такій скляній краплі відламати тонкий хвіст - і вона відразу вибухне, розсипаючи навколо себе найтонший скляний пил.

Скляні краплі вигадали в Німеччині в 1625 р. У XVII столітті існувала думка, що скляні сльози насправді вигадали в Голландії, тому їх стали невірно називати «голландськими». У Британії скляні сльози стали відомі завдяки британському герцогу Руперту Пфальському. Він підніс їх королю Карлу II, який у свою чергу вручив їх на дослідження Королівському Науковому Суспільству. На честь герцога скляні сльози почали називати "краплі Руперта". Спосіб виготовлення крапель герцога Руперта тривалий час утримувався в секреті. Їх продавали всім охочим, як забавні іграшки.

Сьогодні механізм роботи голландських сліз ретельно вивчений. Якщо розплавлене скло потрапляє у холодну воду, воно швидко застигає, накопичуючи неймовірну механічну напругу. Умовно виділимо в краплі зовнішній шар та внутрішнє ядро. Крапля охолоджується з поверхні, і її зовнішній шар підтискається і зменшується обсягом, поки ядро ​​залишається рідким і гарячим.

Після того, як всередині кульки знизиться температура, почне стискатися ядро. Однак процесу опиратиметься вже твердий зовнішній шар. За допомогою міжмолекулярних сил тяжіння він чіпко утримує ядро, яке, охолонувши, змушене займати більший обсяг, ніж якби воно охолоне вільно.

Внаслідок на межі між зовнішнім шаром і ядром виникнуть сили, що тягнуть зовнішній шар усередину, створюючи в ньому напруги стиснення, а внутрішнє ядро ​​- назовні, утворюючи в ньому напруження розтягування. Дані напруги при дуже швидкому охолодженні дуже значні. Так що внутрішня частина кульки може відірватися від зовнішньої, і тоді в крапельці утворюється бульбашка.

Якщо порушити цілісність поверхневого шару сльози, сила напруги негайно вивільниться. Сама по собі застигла скляна крапля дуже міцна. Вона легко витримує удар молотком. Однак якщо переламати її хвостик - вона руйнується настільки стрімко, що це схоже на скляний вибух.

Коментарі: 0

Сергій Рижиков

Лекції Сергія Борисовича Рижикова з демонстрацією фізичних дослідів прочитані у 2008–2010 роках у Великій демонстраційній аудиторії фізичного факультету МДУ ім. М. В. Ломоносова.

Нам так і не вдалося знайти першоджерело цього широко розповсюдженого повір'я: жоден аркуш паперу не можна скласти вдвічі більше семи (за деякими даними – восьми) разів. Тим часом поточний рекорд складання – 12 разів. І що дивно, належить він дівчині, яка математично обґрунтувала цю «загадку паперового аркуша».

Олександра Скрипченка

Математик Олександра Скрипченка про більярд як динамічну систему, раціональні кути та теорему Пуанкаре.

Джуліо М. Оттіно

Просте двовимірне періодичне рух в'язкої рідини може стати хаотичним, що призведе до ефективного перемішування. Експерименти та комп'ютерне моделювання прояснюють механізм цього явища.

Валерій Опойцев

Аристотель та Галілей про падіння тел. Сили тертя. Ковзання та кочення. Статика, кінематика. Векторна природа сил і швидкостей. Складання та розкладання. Незалежність дій та рухів. Збереження кількості руху. Момент сили та момент імпульсу. Гіроскопи. Лавка Жуковського. Обертальний рух. Момент сили та момент імпульсу в плоскому варіанті обертання. Обертання твердого тіла та момент інерції. Робота, енергія, закони збереження. Неінерційні системи та сили. Відцентровий ефект. Сила Коріоліса. Завдання Ейнштейна про чайки. Атмосферний тиск. Закони Паскаля та Архімеда. Парадокс Архімеда.

Вам, можливо, доводилося відчувати дивні фізичні відчуття в швидкісних ліфтах: коли ліфт рушає вгору (або гальмує під час руху вниз), вас придавлює до підлоги, і вам здається, що ви на мить поважчали; а в момент гальмування під час руху вгору (або старту під час руху вниз) підлога ліфта буквально йде у вас з-під ніг. Самі, можливо, того не усвідомлюючи, ви відчуваєте при цьому на собі вплив принципу еквівалентності інертної та гравітаційної мас. Коли ліфт рушає вгору, він рухається з прискоренням, яке приплюсовується до прискорення вільного падіння в неінерціальній (що рухається з прискоренням) системі відліку, пов'язаної з ліфтом, і ваша вага збільшується. Однак, як тільки ліфт набрав «крейсерську швидкість», він починає рухатися рівномірно, «надбавка» у вазі зникає, і ваша вага повертається до звичного для вас значення. Таким чином, прискорення справляє той самий ефект, що й гравітація.

Рух фізичного тіла в одному вимірі не залежить від його руху у двох інших вимірах. Наприклад, траєкторія польоту гарматного ядра є сукупністю двох незалежних траєкторій руху: рівномірного руху по горизонталі зі швидкістю, наданої ядру гарматою, і рівноприскореного руху по вертикалі під впливом земного тяжіння.

Володимир Павлов

Вступні поняття. Ціль фізики. Базові принципи та поняття. Концепція простору-часу. Принципи симетрії простору-часу. Динамічний принцип. Дія. Функція лагранжа. Рівняння Ейлера-Лагранжа. Закони збереження. Теорема Нетер. Енергія, імпульс, момент. Завдання Кеплера. Моделі. Гамільтонів формалізм. Показ Лежандра. Функція Гамільтон. Рівняння Гамільтона. Дужка Пуассона. Інваріантне формулювання механіки.

Криниця, що пронизує Землю наскрізь - класичний віртуальний об'єкт, на прикладі якого можна вивчити одночасно закон всесвітнього тяжіння та гармонійні коливання. Фізики оцінили час падіння об'єкта в колодязі, що проходить через центр Землі з урахуванням впливу опору повітря в колодязі або можливого тертя його стінки. Остання оцінка показує, що падіння до центру Землі займе щонайменше 1,8 року.

Молекули рідини відчувають сили взаємного тяжіння - насправді, саме завдяки цьому рідина миттєво не випаровується. На молекули всередині рідини сили тяжіння інших молекул діють з усіх боків і тому взаємно врівноважують одна одну. Молекули на поверхні рідини не мають сусідів зовні, і результуюча сила тяжіння спрямована всередину рідини. У результаті вся поверхня води прагне стягнутися під впливом цих сил. По сукупності цей ефект призводить до формування так званої сили поверхневого натягу, що діє вздовж поверхні рідини і призводить до утворення на ній подібності невидимої, тонкої та пружної плівки.

4.5 (90%) 2 votes

Сьогодні знайшов для вас дещо нове та цікаве, хоча можливо це нове лише для мене, але вже цікавим виявиться для всіх — краплі принца Руперта. Давайте розберемося, що 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 у воду розплавленого скла. А цікаве в них те, що їх практично неможливо роздавити, розтоптати, розбити або знищити будь-яким іншим доступним людям способом, однак це стосується тільки самої краплі, але в неї є і тонкий хвостик, в якому ховається вразливість здавалося б неруйнівною речі, причому якщо його зламати, то відбувається справжнісінький скляний вибух. Дивіться самі як краплю принца Руперта безуспішно намагаються роздавити гідравлічним пресом:

і як вона легко вибухає при пошкодженні тонкого кінчика:

Що цікавий ефект?

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

Краплі принца Руперта

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

Далі починає остигати і стискатися ядро, але стискатися йому заважають міжмолекулярні зв'язки із зовнішнім вже твердим шаром, внаслідок чого після остигання ядро ​​займає обсяг більший, ніж якби воно охолоджувалося у вільному вигляді.

Через це на межі зовнішнього шару та ядра діють сили з протилежним напрямком, які тягнуть зовнішній слів усередину, а ядро ​​назовні і створюють відповідно напругу стиснення для зовнішнього шару та напругу розтягування для внутрішнього ядра. У результаті ми маємо велику внутрішню напругу, яка робить краплю дуже міцною, але в той же час будь-яке пошкодження зовнішнього шару призводить до порушення структури і скляного вибуху, а саме тонке 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 літер:

Коли і де знайшли краплі принца Руперта

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

До чого ж тут принц Руперт запитає читач? Справа в тому, що принц Руперт, британський герцог був тією людиною, яка привезла ці краплі в Англію і піднесла їх англійському монарху Карлу II. Королю дуже сподобалися цікаві скляні краплі, і він віддав їх на вивчення Британському Королівському Науковому Суспільству. На честь цих подій цікаві краплі стали називати краплі принца Руперта, причому назва ця чудово збереглася 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, водночас продаючи їх як цікаві іграшки на ярмарках та ринках.

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

Коли закінчував піст знайшов цікаве і відповідне на тему 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 сьогодні все, до нових зустрічей!

Батавські сльози або болонські склянки, а також краплі принца Руперта - це застиглі краплі загартованого скла, що мають надзвичайно міцні властивості. В Англію їх привіз принц Руперт Пфальцскій у середині XVII століття. Тоді ж вони привернули пильну увагу вчених.

16879 1 4 18

Швидше за все, подібні скляні краплі були відомі склодувам з незапам'ятних часів, проте увагу вчених вони привернули досить пізно: десь у середині XVII століття. З'явилися вони в Європі (за різними джерелами, у Голландії, Данії чи Німеччині). Технологія виготовлення «слізок» трималася в секреті, але насправді виявилася дуже простою.

Якщо капнути розплавленим склом у холодну воду, виходить крапля у 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 уламки.

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 за швидкість звуку.

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