Krople księcia Ruperta zdradziły swe ostatnie tajemnice

[KopalniaWiedzy.pl 357]

W XVII wieku książę Rupert Reński zaprezentował królowi Anglii Karolowi II kawałki szkła o kształcie kijanki. Znane od tamtej pory jako krople księcia Ruperta powstają wskutek upuszczenia kropli szkła do zimnej wody. Szkło szybko zastyga i wykazuje niezwykłe właściwości. W główkę takiej kropli można uderząć młotkiem i szkło się nie rozbije. Wystarczy jednak palcami ułamać kawałek ogonka, a całość eksploduje na tysiące kawałków.

Od ponad 20 lat wiemy, co odpowiada za niezwykłe właściwości kropli. Otóż po upuszczeniu do zimnej wody powierzchnia kropli szybko staje się ciałem stałym i podlega silnemu ściskaniu, podczas gdy wolniej tężejące wnętrze poddane jest ciągłemu naprężeniu rozciągającemu. W kropli zatrzymana jest duża ilośc energii potencjalnej. Naukowcy, którzy w 1994 roku odkryli zagadkę kropli – S. Chandersekar z Purdue University i M. M. Chaundhri z University of Cambridge – postanowili wykorzystać nowoczesną technologię do zbadania jak naprężenia rozkładają się wewnątrz kropli księcia Ruperta. Chcąc ostatecznie rozwiązać ich zagadkę połączyli siły z profesorem Hillarem Abenem z Uniwersytetu Technologicznego w Tallinie, który jest specjalistą od naprężeń w trójwymiarowych przezroczystych obiektach.

Badania za pomocą specjalistycznych narzędzi wykazały, że główka kropli poddana jest znacznie silniejszemu ściskaniu, niż dotychczas sądzono. Wynosi ono nawet 700 megapaskali, czyli może być niemal 7000 razy większe niż ciśnienie atmosferyczne. Warstwa poddana działaniu takich sił stanowi około 10% średnicy kropli. To powoduje, że powierzchnia kropli jest niezwykle odporna na pęknięcia, nic zatem dziwnego, że nie można jej rozbić młotkiem. Żeby rozbić kroplę księcia Ruperta koniecznie jest wywołanie pęknięć w wewnętrznej warstwie, gdzie działają naprężenia rozciągające. Jako że pęknięcia na powierzchni zwykle rozchodzą się horyzontalnie, nie sięgają one warstwy wewnętrznej i kropla pozostaje cała po uderzeniu młotkiem. Najłatwiejszym więc sposobem na rozbicie kropli księcia Ruperta jest uszkodzenie ogonka, gdyż powstające tam pęknięcia przedostają się do warstwy wewnętrznej i całość eksploduje, gdyż pęknięcie rozprzestrzenia się z prędkością nawet 7000 km/h.

Naukowcy mają nadzieję, że wyjaśnili już wszystkie zagadki kropli księcia Ruperta, chociaż nie wykluczają, że w związku z ich badaniami mogą pojawić się kolejne pytania.

« powrót do artykułu