GIF: YouTube SmarterEveryDay
Noe uvanlig skjer når en dråpe av smeltet glass faller i vannet. Som den kjøler, det skaper en krystallklar rumpetroll-som dråpestørrelse det er skuddsikkert på den ene enden, men utrolig skjør på den andre. Vi har visst om disse dråper for 400 år, men forskere har nylig funnet ut hva som gjør dem nesten uslitelig.
I en video lagt ut kun for noen uker siden, SmarterEveryDay er Nz Sandlin fyrte av en .22 Magnum kulen med en full metal jacket på en Prince Rupert ‘ s Drop, så er oppkalt etter Tysklands Prince Rupert begavet fem av de uvanlige glass objekter til Englands Kong Charles II tilbake i 1661. De merkelige resultater av eksperimentet, med kulen i oppløsning som det kolliderer med den tykke enden av glass tåre, er ikke lenger et mysterium.
Å gjøre en Prince Rupert ‘ s Drop er enkelt, du trenger bare å smelte et glass med en høy termisk ekspansjonskoeffisient—glass som utvider seg når den varmes opp—som brus-lime eller blyholdig glass, og deretter slippe en smeltet blob av det i en beholder med kaldt vann, som umiddelbart kjøler den ned i en prosess som er kjent som leskende. Og det er der all magien skjer.
Som drop raskt nedkjølt, sine ytre lag opplever en temperatur faller raskere enn det indre, som resulterer i ekstreme trykkrefter på utsiden, men sterk strekkfasthet (trekke) understreker på innsiden. Disse krefter jobber sammen for å gi Prince Rupert ‘ s Drop sin utrolige styrke. De indre strekk-kreftene er vanligvis hva som gjør glasset så skjør, men trykkrefter på utsiden motvirke hva som skjer på innsiden, for å gjøre det nesten umulig for sprekker å vokse når hodet av glass er hamret, eller selv skutt med en kule.
I en artikkel publisert i tidsskriftet Applied Physics Letters, har forskere ved Purdue University ‘ s Center for Materialer, Bearbeiding og Tribology beskrive hvordan de fant dette ut ved hjelp av fotografi som innebærer polarisasjonsfiltre til visuelt å avsløre stress linjer i teardrops. Disse bildene ble deretter behandlet ved hjelp av avanserte matematiske teknikker som tillot forskerne å beregne understreker compressive inne i dråper, som er nær 50 tonn per kvadrattomme, noe som gjør den synker så sterk som noen ståltyper—men bare i hodene deres.
Den andre enden av en Prince Rupert Slippe har en lang tynn hale som er utrolig sårbare ved sammenligningen. I 1994, og tilsvarende forskning fast bestemt på at å bryte ut i slutten av en Prince Rupert Slippe resultatene i sprekker som reiser opp lengden på drop mot hodet ved hastigheter på over 4000 miles per time, slippe alle de understreker compressive på en gang, og kommer umiddelbart til å snu glasset objekt til støv.
Så hva gjør denne forskningen betyr for deg? Andre enn kule videoer på YouTube av tilsynelatende umulige glass? Vel, når du stikker i den tynne ark av glass som dekker din smarttelefon eller nettbrett i dag, er det siste du ønsker er det knuste. Forstå hvordan Prince Rupert Dråper er opprettet kan føre til enda sterkere glass materialer som blir utviklet i fremtiden. Kanskje en dag, mobilskjermen vil faktisk overleve en tørketrommel til bakken.
[Purdue University (universitet via Nye Atlas]