GIF GIF: YouTube SmarterEveryDay
Noget usædvanligt sker, når en dråbe smeltet glas falder i vandet. Som det køler, det skaber en krystalklar haletudse-ligesom dråben, der er bulletproof i den ene ende, men utroligt skrøbeligt på den anden. Vi har kendt om disse dråber i 400 år, men forskerne har først for nylig fundet ud af, hvad der gør dem næsten uovervindelig.
I en video lagt ud for bare et par uger siden, SmarterEveryDay s Destin Sandlin fyret en .22 Magnum kugle med en full metal jacket ved en Prince Rupert ‘ s Drop, så-opkaldt efter Tysklands Prince Rupert begavet fem af de usædvanlige glas objekter til Englands Kong Charles II tilbage i 1661. De forvirrende resultaterne af dette eksperiment, med en kugle i opløsning, da det kolliderer med den tykke ende af den dråbeformet glas, er ikke længere et mysterium.
Gør en Prince Rupert ‘ s Drop er nemt, du skal bare til at smelte et glas med en høj termisk udvidelseskoefficient—glas, der udvider sig, når det opvarmes—som soda-kalk eller blyholdig glas, og så drop en klat smeltet den i en beholder med koldt vand, som straks køler det ned i en proces kendt som quenching. Og det er her det hele sker det magiske.
Så drop hurtigt køler, dens ydre lag oplever en temperatur falde hurtigere end sin interiør, hvilket resulterer i ekstrem kompressionskræfter på ydersiden, men stærk trækstyrke (trækker) understreger på indersiden. Disse kræfter arbejder sammen for at give Prince Rupert ‘ s Drop sin utrolige styrke. De indre trækstyrke styrker er normalt, hvad der gør glas så skrøbelige, men kompressionskræfter på ydersiden modvirke, hvad der sker inde i, for at gøre det hele, men umuligt for revner til at vokse, når hovedet af glas er hamret, eller endda skudt med en kugle.
I en artikel offentliggjort i tidsskriftet Applied Physics Letters, forskere ved Purdue University ‘ s Center for Materialer, Forarbejdning og Tribology beskrive, hvordan de har regnet det hele ud, ved hjælp af fotografering, som indebærer polariserende filtre til visuelt at afsløre stress linjer i tårer. Disse billeder blev derefter behandlet ved hjælp af komplekse matematiske teknikker, der gjorde det muligt for forskerne at beregne en trykspænding inde i dråber, der er tæt på 50 tons per square inch, hvilket gør den falder så stærk som nogle stål—men kun i deres hoveder.
Den anden ende af Prince Rupert ‘ s Fald har en lang tynd hale, der er utrolig skrøbelig ved sammenligning. I 1994, svarende forskning fastslået, at bryde ud slutningen af en Prince Rupert ‘ s Drop resulterer i revner, som rejser op i en længde af afgrunden mod hovedet ved en hastighed på over 4.000 miles per hour, at frigive alle dem, trykspænding på én gang, og straks dreje glas objekt til støv.
Så hvad betyder denne forskning betyder, at du? Andre end cool YouTube-videoer af tilsyneladende uopslidelig glas? Godt, når du rører ved den tynde plader af glas, der dækker din smartphone eller tablet, hele dagen, den sidste ting du ønsker, er det rystende. Forstå, hvordan Prince Rupert ‘ s Dråber er oprettet, kunne føre til en endnu stærkere glas materialer, der bliver udviklet i fremtiden. Måske en dag, skærmen på din telefon vil faktisk overleve en styrte til jorden.
[Purdue University, via Nye Atlas]