Kiderült miért olyan erős Rupert herceg cseppjének feje

Végre magyarázatot találtak arra a kérdésre ami már az 1600-as évek óta foglalkoztatja a tudósokat: Miért olyan ellenálló a feje az ebihalra hasonlító, “Rupert herceg cseppje” néven ismert üvegnek.

A 17. században a német Rupert herceg magával vitt ezekből a különös üvegcseppekből amikor látogatóba ment II. Károly angol királyhoz, akit elkápráztattak a tárgy szokatlan tulajdonságai. Amíg a csepp feje olyan kemény, hogy akár egy kalapács ütését is kibírja, a farka viszont annyira törékeny hogy pusztán az ujjainkkal elhajlítva nemcsak a farkat törhetjük el, hanem a törés hatására az egész csepp egy finom porrá omlik szét.

 

Prince Rupert’s Drop

Rupert herceg cseppjei könnyen elkészíthetőek, vörösen izzó folyékony üveget vízbe csepegtetve. Annak ellenére, hogy a kutatók már évek óta próbálják kideríteni, hogy mi adja a cseppek különös tulajdonságait, csak a mostani modern technikával sikerült magyarázatot találni rá.

1994-ben S. Chandrasekar, a Purdue Egyetemről, és M. M. Chaudhri, a Cambridge Egyetemről, nagysebességű képkészítést vetett be, hogy megfigyelje, hogyan törik el a csepp. A kísérletből azt a következtetést vonták le, hogy a csepp felületét nagy nyomási erő éri, miközben a belseje nagy erejű feszültségi erőknek van kitéve. A csepp így egy instabil egyensúlyi állapotban van, amit a farok eltörése könnyen megzavarhat.

Az egyik kérdés amire ez a kísérlet nem adott magyarázatot, hogy a feszültség hogyan oszlik szét a Rupert herceg cseppjében. Ennek az eloszlásnak az ismeretével, az is könnyen megmagyarázhatóvá válhat, hogy a csepp feje miért olyan ellenálló.

 

Bullet vs Prince Rupert’s Drop

Hogy erre magyarázatot találjanak Chandrasekar és Chaudhri, Hillar Aben, a Tallinn Egyetem professzorának a segítségét kérte. Aben arra specializálódott, hogy megállapítsa a feszültség hatását átlátszó tárgyakon, mint amilyenek a Rupert herceg cseppjei is.

A kutatócsapat egy átviteli polariszkóp mikroszkópot használt a cseppek vizsgálatára, amivel megmérhető a kettős törés jelensége átlátszó tárgyakon. A kísérletnél a kutatók a vizsgált cseppet tiszta folyadékba függesztették fel és vörös LED fénnyel világították meg. A mikroszkóp segítségével a fény optikai késleltetése, ahogy az áthalad az üveg cseppen. Ezekkel az adatokkal a tudósok el tudták készíteni a feszültség eloszlásának a képét az egész cseppen.

Az eredmények azt is megmutatták, hogy a fejre az eddigi elképzeléseknél lényegesebben nagyobb a felületi nyomóerő hat – akár a légköri nyomás 7000 szeresét is elérheti. A tudósok szerint ez az érték adja a csepp hihetetlenül nagy törési szilárdságát. Ahhoz hogy a csepp eltörjön a repedéseknek a belső feszültségi zónát is el kell érniük, és mivel a a repedések a felülettel párhuzamosan keletkeznek általában, a legegyszerűbb mód a csepp eltörésére a farkának a megzavarása. Így a repedések könnyeben jutnak el a feszültségi zónába, ahol destabilizálják az egész cseppet.

“A munka teljes magyarázattal szolgál a csepp fejének nagy erejére,” mondta Chaudhri. “Úgy remélem hogy ezzel megoldottuk az összes kérdést ebben a témakörben. Azonban, még előkerülhetnek nemvárt kérdések.”

Forrás: scitation.org

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.

A honlap további használatához a sütik használatát el kell fogadni. További információ

A süti beállítások ennél a honlapnál engedélyezett a legjobb felhasználói élmény érdekében. Amennyiben a beállítás változtatása nélkül kerül sor a honlap használatára, vagy az "Elfogadás" gombra történik kattintás, azzal a felhasználó elfogadja a sütik használatát.

Bezárás