WASHINGTON. Náhodnému pozorovateľovi môžu kvapky Princa Ruperta pripomínať miniatúrne sklenené sošky žubrienok. V skutočnosti sú jedným z najzaujímavejších ľudských výtvorov, ktorý obsahuje obrovské tajomstvá.
Dokážu odolať úderom z kladivá, stlačeniu hydraulického lisu a dokonca aj náboju .22 Long Rifle. Ich tenké chvostíky však slúžia ako prekvapujúca Achillova päta.
Cvaknite ich chvostík medzi kliešte alebo medzi prsty a celá kvapka zrazu exploduje na jemný prášok a nenechá žiadnu stopy o tom, čo existovalo pred niekoľkými mikrosekundami.
Odhalili ich silu
Už dlho vieme, že kvapky sú silné a dlho vieme prečo. Nevedeli sme však ako veľmi sú silné. Vypočítali to vedci z univerzity Purdue, univerzity v Cambridgi a Tallinnskej technologickej univerzity. Výsledky publikovali vo vedeckom časopise Applied Physics Letters.
Kompresné sily v hlavičke kvapky začínajú na 40 miliónoch kilogramov na meter štvorcový a dosahujú až 70 miliónov kilogramov na meter štvorcový. Sú tak rovnako silné ako niektoré druhy ocele.
Nikto si nie je istý, kedy vyrobili a pozorovali prvé sklenené kvapky. Svoje meno získali v 17. storočí, keď knieža Rupert z Bavorska venoval päť z nich kráľovi karolovi II. z Anglicka. Neskôr ich odovzdali do Kráľovskej spoločnosti v roku 1661.
V nasledujúcich storočiach však zostávalo záhadou, aké silné tieto kvapky sú, až kým vedec Hill Aben z Tallinnskej univerzity nevytvoril techniku nazvanú integrovaná fotoelasticita.
Výskumníci ponoria trojrozmerný priesvitný objekt do kúpeľa a potom cezeň presvecujú polarizované svetlo. Keď svetlo dopadne na objekt, celý objekt osvetlí krásna dúhová farba, ktorá zvýrazňuje rozloženie napätia v objekte.
Zameraním sa na neuveriteľne silnú hlavu kvapky dokázal vedúci výskumu Srinivasan Chandrasekar a jeho tím konečne zistiť tlakové napätie skla.
(Tlačová správa univerzity Purdue pre štúdiu má názov "Výskum vyrieši storočnú záhadu kvapiek princa Ruperta", ale tento titulok je trochu zavádzajúci. Štúdia kvantifikovala pevnosť v tlaku skla).
Kvapky princa Ruperta. (zdroj: Purdue University - Trevor Mahlmann.)Stačí stlačiť chvostík
Napriek ich tajomstvám sú kvapky princa Ruperta dosť jednoduché na výrobu - dokáže to každý. Stačí roztaviť nejaké sklo s vysokým koeficientom tepelnej rozťažnosti (to znamená sklo, ktoré zväčšuje svoj objem pri zahrievaní), ako je napríklad sodno-vápenaté sklo (druh používaný vo väčšine fliaš, pohárov a okien) a nechať spadnúť roztavenú kvapku do studenej vody.
Voda okamžite ochladí vonkajšiu stranu roztaveného skla a tá stuhne skôr ako sa s tihne ochladiť aj vnútro kvapky. Výsledkom sú silné tlakové (alebo tlačné) sily na vonkajšej strane a silné ťahové sily na strane vnútornej. Výsledné napätie robí sklo silným, ale zároveň tiež značí, že celá štruktúra nie je v rovnováhe.
Ak sa zlomí chvostík, potláčaná energia z tohto napätia sa náhle uvoľní a trhliny strieľajú cez celú konštrukciu pri viac ako 1700 metroch za sekundu, čo je dôvod, prečo sa kvapka nakoniec rozdrví do takého jemného prachu.
DOI: 10.1063/1.4971339
Autor: Travis M. Andrews
