Biologie 

Záhada kapek prince Ruperta. Explodující kapička prince Ruperta

Dovolte mi, abych vám představil jednu ze zajímavých vlastností skla, které se běžně říká kapky (nebo slzy) prince Ruperta. Pokud pustíte roztavené sklo do studená voda, ztuhne ve formě kapky s dlouhým tenkým ocasem. Díky okamžitému ochlazení kapka získává zvýšenou tvrdost, to znamená, že není tak snadné ji rozdrtit. Pokud ale ulomíte tenký ocásek takové skleněné kapky, okamžitě exploduje a rozpráší kolem sebe ten nejjemnější skleněný prach.



Skleněné kapky byly vynalezeny v Německu v roce 1625. V 17. století se věřilo, že skleněné slzy skutečně vynalezli v Holandsku, a tak se jim začalo nesprávně říkat „holandské“. V Británii se skleněné slzy proslavily díky britskému vévodovi Rupertovi z Falce. Daroval je králi Karlu II., který je na oplátku daroval královským vědecká společnost... Na počest vévody se skleněným slzám začalo říkat „Rupertovy kapky“. Způsob výroby kapek vévody Ruperta byl dlouhou dobu držen v tajnosti. Byly prodávány všem příchozím jako zábavné hračky.

Dnes byl mechanismus holandských slz "práce" důkladně prostudován. Pokud se roztavené sklo dostane do studené vody, rychle tuhne a vytváří neuvěřitelné mechanické namáhání. Podmínečně vybereme vnější vrstvu a vnitřní jádro v kapce. Kapka se ochlazuje od povrchu a její vnější vrstva se stlačuje a zmenšuje objem, zatímco jádro zůstává tekuté a horké.

Po poklesu teploty uvnitř koule se jádro začne smršťovat. Již pevná vnější vrstva však tomuto procesu odolá. Pomocí mezimolekulárních přitažlivých sil houževnatě drží jádro, které je při ochlazení nuceno zabírat větší objem, než kdyby chladlo volně.

V důsledku toho na rozhraní mezi vnější vrstvou a jádrem vzniknou síly, které stahují vnější vrstvu dovnitř, vytvářejí v ní tlaková napětí, a vnitřní jádro směrem ven a vytvářejí v ní tahová napětí. Tato napětí jsou velmi významná při příliš rychlém chlazení. Aby se vnitřek koule mohl zvenčí odlomit a pak se v kapce vytvořila bublina.

Pokud dojde k porušení celistvosti povrchové vrstvy slzy, dojde k okamžitému uvolnění tahové síly. Samotná kapka ztuhlého skla je velmi pevná. Snadno odolává úderům kladiva. Pokud mu však zlomíte ocas, zhroutí se tak rychle, že to vypadá spíše jako výbuch skla.

Komentáře: 0

    Sergej Ryžikov

    Přednášky Sergeje Borisoviče Ryžikova s ​​ukázkami fyzikálních experimentů proběhly v letech 2008–2010 ve Velké demonstrační posluchárně Fyzikální fakulty Moskevské státní univerzity. M.V. Lomonosov.

    Nikdy se nám nepodařilo najít primární zdroj tohoto rozšířeného přesvědčení: ani jeden list papíru nelze přeložit dvakrát více než sedmkrát (podle některých zdrojů - osm)krát. Mezitím je aktuální skládací rekord 12krát. A co je překvapivější, patří dívce, která matematicky zdůvodnila tuto „hádanku z listu papíru“.

    Alexandra Skripčenková

    Matematička Alexandra Skripchenko o kulečníku jako dynamickém systému, racionálních úhlech a Poincarého větě.

    Giulio M. Ottino

    Jednoduchý dvourozměrný periodický pohyb viskózní tekutiny se může stát chaotickým, což vede k účinnému míchání. Experimenty a počítačové modelování objasnit mechanismus tohoto jevu.

    Možná jste zažili zvláštní fyzické pocity ve vysokorychlostních výtazích: když se výtah pohybuje nahoru (nebo zpomaluje při pohybu dolů), jste přitlačeni k podlaze a zdá se vám, že jste na okamžik těžký; a v momentě brzdění při pohybu nahoru (nebo rozjezdu při pohybu dolů) vám podlaha výtahu doslova odchází zpod nohou. Sami možná, aniž si to uvědomujete, zažíváte účinek principu ekvivalence inertních a gravitačních hmot. Když se výtah pohybuje nahoru, pohybuje se se zrychlením, které se přičítá ke zrychlení gravitace v neinerciální (zrychlující se) vztažné soustavě spojené s výtahem a vaše hmotnost se zvyšuje. Jakmile však výtah nabere „cestovní rychlost“, začne se pohybovat rovnoměrně, „přírůstek“ hmotnosti zmizí a vaše váha se vrátí na obvyklou hodnotu. Zrychlení má tedy stejný účinek jako gravitace.

    Pohyb fyzického těla v jedné dimenzi nezávisí na jeho pohybu ve dvou jiných dimenzích. Například trajektorie letu dělové koule je kombinací dvou nezávislých trajektorií pohybu: rovnoměrného horizontálního pohybu rychlostí udělovanou dělové kouli a rovnoměrně zrychleného pohybu podél vertikály pod vlivem gravitace.

    Vladimír Pavlov

    Úvodní pojmy. Cílem fyziky. Základní principy a pojmy. Pojem časoprostoru. Principy časoprostorové symetrie. Dynamický princip. Akce. Lagrangeova funkce. Eulerovy – Lagrangeovy rovnice. Ochranné zákony. Noetherova věta. Energie, hybnost, moment. Keplerov problém. Modelky. Hamiltonovský formalismus. Legendreho mapování. Hamiltonova funkce. Hamiltonovy rovnice. Poissonův držák. Invariantní formulace mechaniky.

    Jakmile se tělo začne pohybovat, má tendenci se pohybovat. První zákon newtonské mechaniky říká: pohybuje-li se těleso, pak při nepřítomnosti vnějších vlivů se bude dále pohybovat přímočaře a rovnoměrně, dokud nebude vystaveno vnější síle. Tento trend se nazývá lineární hybnost. Podobně těleso rotující kolem své osy bez sil bránících rotaci se bude i nadále otáčet, protože rotující těleso má určitý pohyb, vyjádřený ve formě momentu hybnosti nebo zkráceně momentu hybnosti nebo momentu hybnosti. .

    Galileo Galilei je jedním z lidí, kteří se vůbec neproslavili tím, čím by si měli užít zaslouženou slávu. Každý si pamatuje, jak byl tento italský přírodovědec na sklonku života souzen inkvizicí pro podezření z kacířství a donucen vzdát se víry, že Země se točí kolem Slunce. Ve skutečnosti tento soudní proces prakticky neovlivnil vývoj vědy - na rozdíl od experimentů, které dříve provedl Galileo, a závěrů, které na základě těchto experimentů vyvodil, které ve skutečnosti předurčily další vývoj mechanika jako obor fyzikální vědy

    Newtonovy zákony – podle toho, z jakého úhlu se na ně díváte – představují buď konec začátku, nebo začátek konce klasické mechaniky. V každém případě se jedná o přelomový bod v historii fyzikální vědy – brilantní kompilaci všech znalostí nashromážděných tímto historickým okamžikem o pohybu fyzických těl uvnitř fyzikální teorie, který je dnes běžně označován jako klasická mechanika... Můžeme říci, že dějiny moderní fyziky a přírodních věd obecně začaly Newtonovými zákony pohybu.

), nebo „Dánské slzy“. Kapkovací hlava je neuvěřitelně pevná, je velmi obtížné ji mechanicky poškodit stlačením: neublíží jí ani silné údery kladivem nebo hydraulickým lisem. Ale stojí za to lehce zlomit křehký ocas a celá kapka se během mrknutí oka rozsype na malé úlomky.

Tato zvláštní vlastnost skleněné kapky byla poprvé objevena v 17. století buď v Dánsku, nebo v Holandsku (odtud jejich jiný název - batávské slzy), nebo v Německu (zdroje si protiřečí) a neobvyklá věc se rychle rozšířila po celé Evropě jako vtipná hračka... Kapka dostala své jméno na počest vrchního velitele britské královské jízdy Ruperta z Falce, lidově známého jako princ Rupert. V roce 1660 se Rupert Falcký po dlouhém vyhnanství vrátil do Anglie a přinesl s sebou neobvyklé skleněné kapky, které daroval Karlu II., který je předal Královské společnosti v Londýně k výzkumu.

Technologie výroby kapky byla dlouho držena v tajnosti, ale nakonec se ukázalo, že je velmi jednoduchá: roztavené sklo stačí hodit do kbelíku se studenou vodou. Tato jednoduchá technologie je tajemstvím síly a slabosti kapky. Vnější vrstva skla rychle tuhne, zmenšuje objem a začíná tlačit na ještě tekuté jádro. Když se ochladí i vnitřní část, jádro se začne smršťovat, ale nyní tomu čelí již zmrzlá vnější vrstva. Pomocí mezimolekulárních přitažlivých sil drží chlazené jádro, které je nyní nuceno zabírat větší objem, než kdyby chladlo volně. V důsledku toho na rozhraní mezi vnější a vnitřní vrstvou vznikají protichůdné síly, které stahují vnější vrstvu dovnitř a vytváří se v ní tlakové napětí a vnitřní jádro směrem ven tvořící tahové napětí. V tomto případě se může vnitřní část dokonce odlomit od vnější a v kapce se pak vytvoří bublina. Tato opozice činí pád silnější než ocel. Pokud ale přesto poškodíte jeho povrch, prolomíte vnější vrstvu, latentní napěťová síla se uvolní a z místa poškození se po celé kapce strhne rychlá vlna destrukce. Rychlost této vlny je 1,5 km/s, což je pětinásobek vyšší rychlost zvuk v zemské atmosféře.

Na stejném principu stojí i výroba tvrzeného skla, které se používá například ve vozidlech. Kromě zvýšené pevnosti má takové sklo vážnou bezpečnostní výhodu: při poškození se rozbije na mnoho malých kousků s tupými hranami. Běžné „surové“ sklo se roztříští na velké ostré úlomky, které se mohou vážně poranit. Tvrzené sklo se používá v automobilovém průmyslu na boční a zadní okna. Čelní sklo pro automobily je vyrobeno vícevrstvé (triplex): dvě nebo více vrstev jsou slepeny polymerovou fólií, která při nárazu drží úlomky a zabraňuje jejich rozlétnutí.

Veronice Samotské

Anglická šlechta 17. století byla pověstná jako zvídavá a nevyhýbala se vědě. Na vášeň pro alchymii dokonce zemřel král Karel II.: již v naší době se v jeho vlasech nacházela rtuť v koncentraci neslučitelné se životem. Bratranec Karla II., princ Rupert, byl proslulý svou vášní pro vědecké zázraky, teoretické i praktické.

To je princ Rupert, alias vévoda Ruprecht von der Pfalz, přivezl do Londýna skleněné odlitky v podobě kapek s dlouhými zakroucenými ocasy. Rupert je daroval králi a řekl, že jde o nedávný německý vynález a že pevnost kapiček skla je lepší než pevnost oceli.

Rupert před králem tajil způsob výroby s odkazem na neznalost. I když nyní rozumíme: princ mlčel pouze kvůli většímu tajemství ...

Karel II. daroval získané kapky k analýze Royal Scientific Society. Od té chvíle začala sláva Rupertových kapek.

Rupertovy kapkové vlastnosti

Síla dosud nevídaného skla překvapila britské vědce. Rupertova kapka odolala i úderu oddaného kováře a na oceli kovadliny a kladiva zůstaly promáčkliny. Jak tvrdé a pevné může být sklo? - divili se dvorní učenci.


Síla Rupertových skleněných kapiček však byla nerovnoměrná. Pokud hlava kapky vydržela jakýkoli úder, culík - zvláště jeho špička - byl velmi zranitelný. Nejpodivnější na tom je, že zničení ocasu vedlo k okamžitému rozpadu celého skleněného odlitku! A explozivní rozpad s okamžitým rozptylem těch nejmenších úlomků!

Členové Royal Society of Science rozeslali dopisy s dotazem na povahu neobvyklého skla v každém možném rozsahu. Obliba této neobvyklé hračky mezi londýnskou šlechtou začala růst. Princ Rupert udělal dobrý obchod, buď prodával úžasné skleněné kapky za vysokou cenu, nebo posiloval vazby zajímavými dárky.


Brzy se situace začala vyjasňovat...

Rupertovy kapky pocházejí z...?

Princ nikdy netrval na svém autorství vtipné cetky a čest vynalézat skleněné kapky připisoval německým řemeslníkům. Ukázalo se však, že v blízkém Holandsku se o takových divech ví odedávna - znají a dělají pro pobavení veřejnosti. Holanďané navíc nosí kapky skla po celém světě a všude se jim říká „batavské slzy“, podle názvu loděnice Batavia na břehu zálivu Zuidersee.


Podle informací obdržených od Nizozemců si Dánové začali hrát s Rupertovými kapkami dříve než Němci – ale tajemství výroby odolných skleněných odlitků přišlo do Dánska z Itálie. Celý jih Evropy je zná jako „boloňské baňky“ a na výrobě kapek ze skla nevidí nic složitého.

Rupertovy kapky jsou snadné!

Pro získání kapek charakteristického tvaru a nebývalé síly skláři uvedli, že sklo dostatečně zahřáté na viskozitu tekutiny by se mělo kápnout do nádoby se studenou vodou. Tvrzený odlitek je boloňská baňka, je to také Rupertova kapka - z pohledu vážných řemeslníků prázdná maličkost a překlad drahého materiálu.


Po provedení řady experimentů vědci z Královské společnosti v Londýně rozhodli: pro získání nejúspěšnějších Rupertových kapek je třeba vzít sklo co nejčistší a zahřát ne více než na stupeň úplného změkčení - jinak kapka pád do vody se pokryje prasklinami.

S tím byli spokojeni...

Moderní pohled na Rupertovy kapky

Fyzika vysvětluje vzhled Rupertových kapiček jako výsledek dlouho známého kalení - technologie široce použitelná na ocelové výrobky, ale v v tomto případě dotýkat se skla. Struktura amorfní, polotekuté sklo tuhne bez krystalizace, ale s úbytkem objemu.


Rychlé ochlazení kapky skla v prostředí účinně snižujícím teplotu vede ke zhutnění vnějších vrstev tělesa, stlačení masivu za současného natažení ještě horkého jádra odlitku.

Síla Rupertovy kapky není vůbec neomezená. a je pouze čtyřikrát silnější než konvenční sklo. Ukazatele pevnosti však silně závisí na složení vsázky skla a hutné křemenné sklo v kalené a kapkové formě je skutečně schopné odolat úderům kovářského kladiva.

Ale pouze pokud se netrefíte do tenkého křehkého ocasu Rupertovy kapky!

Prolomte Rupertovu kapku

Rozbít kapku Ruperta není těžké. Pokud ulomíte, odbijete, sestřelíte tenký skleněný ohon Rupertovy kapky, to vše se okamžitě rozsype téměř jako prach! Navíc rychlost a vzdálenost rozptylu nejmenších úlomků kapky jsou takové, že nebezpečí poranění kůže a očí pozorovatele je velmi reálné.


Proto mimochodem ve starověké Evropě Rupertova kapka celkem rychle migrovala z kategorie vtipných kuriozit do kategorie nebezpečné zábavy.

Moderní experimentátoři nepřestávají experimenty s Rupertovými kapkami. Pokusy zničit skleněné kapky výstřelem z pušky vypadají obzvlášť efektně. Kulka z měkkého olova zasáhne hlavu Rupertovy kapky silou mnohem větší než kovářské kladivo, ale kulka nemůže rozbít tvrzené sklo.

Rázová vlna vznikající ve skleněné hmotě se stává osudnou pro tenký ocas Rupertovy kapky. Když oscilační impuls prochází přes tenké sklo, vznikají rychle se rozšiřující trhliny. Při rychlosti větší než 1 km/s praskliny rostou v celém těle kapky, množí se, rozšiřují a skutečně explodují sklo.

Výbušná záře Rupertovy kapky

Zvláště zajímavý je záblesk světla, který doprovází vlnu rozkladu tvrzeného skla. Tento druh jevu záře se nazývá triboluminiscence. Triboluminiscence se na rozdíl od obvyklé luminiscence objevuje nikoli v tloušťce materiálu, ale v hraničním prostředí.

Modročervené záblesky triboluminiscence rozpadající se Rupertovy kapky jsou v podstatě záře atomů atmosférických plynů excitovaných slabými elektrickými výboji. Elektřina je generována molekulami

Batavské slzy nebo Boloňské baňky, stejně jako kapky prince Ruperta jsou tvrzené kapičky z tvrzeného skla s extrémně odolnými vlastnostmi. Do Anglie je přivezl princ Rupert Falcký v polovině 17. století. Pak přitáhli velkou pozornost vědců.

13885 1 3 19

S největší pravděpodobností takové skleněné kapky znali skláři odnepaměti, ale pozornost vědců přitáhly spíše pozdě: někde v polovině 17. století. Objevily se v Evropě (podle různých zdrojů v Holandsku, Dánsku nebo Německu). Technologie výroby "slz" byla držena v tajnosti, ale ve skutečnosti se ukázalo, že je velmi jednoduchá.

Pokud pustíte roztavené sklo do studené vody, získáte kapku ve tvaru pulce s dlouhým, zakřiveným ocasem. Kapka má zároveň výjimečnou sílu: můžete ji udeřit kladivem do „hlavy“ a nerozbije se. Ale pokud zlomíte ocas, kapka se okamžitě roztříští na malé úlomky.

Na snímcích zaznamenaných pomocí vysokorychlostního snímání je vidět, že „explozní“ přední část se pohybuje kapku po kapce vysokou rychlostí: 1,2 km / s, což je téměř 4krát více než rychlost zvuku.

V důsledku prudkého ochlazení dochází ve skleněné kapce k silným vnitřním pnutím, což způsobuje tak podivné vlastnosti. Vnější vrstva kapky se ochlazuje tak rychle, že skleněná struktura nemá čas na obnovu. Jádro je nataženo a vnější vrstva je stlačena. Tvrzené sklo se získává podobným způsobem – nemá však ten culík, u kterého se dá skořápka tak snadno rozbít.

4,5 (90 %) 2 hlasy


Dnes jsem pro vás našel něco nového a zajímavého, i když to je možná novinka jen pro mě, ale určitě to bude zajímavé pro každého - kapka prince Ruperta. Pojďme zjistit, co jsou tyto kapky a proč jsou zajímavé ...

Co jsou kapky prince Ruperta

Kapky prince Ruperta jsou skleněné kapky s tenkým ocasem, které se získávají umístěním roztaveného skla do vody. A zajímavé na nich je, že je téměř nemožné je rozdrtit, ušlapat, rozbít či zničit jakýmkoliv jiným lidem dostupným způsobem, to se však týká pouze samotné kapky, která má ale také tenký ocas, ve kterém je zranitelnost zdánlivě nezničitelné věci je skryta, a pokud se rozbije, dojde ke skutečné explozi skla. Podívejte se sami, jak se kapka prince Ruperta neúspěšně snaží rozdrtit hydraulickým lisem:


a jak snadno exploduje, když se poškodí tenký hrot:

No, zajímavý efekt?

Pojďme se podívat, jak k takovému zajímavému výsledku dochází? Chcete-li to provést, musíte pochopit, jak se získávají kapky prince Ruperta.

Princ Rupert ukazuje, jak vyrobit

Aby bylo možné vyrobit kapky prince Ruperta, je nutné umístit roztavené sklo do vody. Když se roztavené sklo dostane do studené vody, velmi rychle tuhne za současné akumulace obrovského vnitřního pnutí. Navíc k ochlazení dochází přinejmenším rychle, ale ne okamžitě, takže když povrchová vrstva již vychladla, ztvrdla a zmenšil objem, vnitřní část kapky, nazvěme ji podmíněně jádro, je stále v kapalině a roztavená. Stát.

Dále se jádro začne ochlazovat a smršťovat, ale mezimolekulární vazby s vnější již pevnou vrstvou mu zabraňují smrštění, v důsledku čehož jádro po ochlazení zaujímá větší objem, než kdyby bylo chlazeno ve volné formě.

Z tohoto důvodu působí na hranici mezi vnější vrstvou a jádrem síly opačného směru, které tahají vnější slova dovnitř a jádro ven a vytvářejí tlakové napětí pro vnější vrstvu a tahové napětí pro vnitřní jádro, resp. . V důsledku toho máme obrovské vnitřní pnutí, díky kterému je pád velmi silný, ale zároveň jakékoli poškození vnější vrstvy vede k porušení struktury a explozi skla, ale protože nejtenčí místo je ocas , právě přes to může být vnější vrstva zničena, aby se dosáhlo tak krásného výbuchu jako ve videu výše nebo na fotografii níže:

A toto video je pro ty, pro které je snazší vnímat video informace než číst spoustu písmen:

Kdy a kde byly nalezeny kapky prince Ruperta

Kapky prince Ruperta byly poprvé objeveny v Německu v roce 1625, ale jak často panuje názor, že je objevili Holanďané, nebo to možná znělo tak krásně, protože vše v zahraničí vyvolává větší zvědavost, časy se v této době nemění, proto druhý název pro tyto kapky - holandské slzy.

A co s tím má společného princ Rupert? Faktem je, že princ Rupert, britský vévoda, byl osobou, která tyto kapky přivezla do Anglie a darovala je anglickému panovníkovi Karlu II. Králi se zajímavé skleněné kapky velmi líbily a dal je ke studiu Britské královské vědecké společnosti. Na počest těchto událostí se kuriózním kapkám začalo říkat kapky prince Ruperta a tento název se dokonale zachoval dodnes. Zde je názorným příkladem toho, jak se můžete zapsat do historie jednoduše tím, že dáte zajímavou věc správné osobě.

Zajímavé je, že způsob výroby holandských slz byl dlouhou dobu držen v tajnosti a zároveň je prodával jako zajímavé hračky na veletrzích a trzích.

Četl jsem, co píšou o princi Rupertovi.Jeho životopis je docela zajímavý, podílel se na něm velké množství historické události, ale to je spíše téma na samostatný příspěvek.

Když jsem příspěvek dokončoval, našel jsem zajímavé a relevantní video, ve kterém je ukázán celý proces od začátku a konce doku - od vytvoření kapky prince Ruperta až po výbuch skla:

Nyní je téma kapky prince Ruperta plně odhaleno a tyto znalosti můžete bezpečně předvést ve společnosti nebo dokonce vyrobit takové kapky (jen pozor). To je pro dnešek vše, brzy se uvidíme!