Капля Руперта - удивительное стекло, которое невозможно разбить молотком

В мире существует множество интересных объектов, и один из них — это стеклянная капля принца Руперта. Она стала известна во всём мире благодаря своим уникальнейшим и необычным физическим свойствам. Капля из стекла имеет интересную форму и невероятную крепость, которые получаются благодаря специальному процессу плавления стекла, а также охлаждения.

Внешне она похожа на каплю воды, которая вот-вот упадёт и растечётся, однако, при этом обладает внушительными характеристиками, а также интересной историей своего открытия.
Руперт Пфальский


Но даже в этом эксперименте выяснилось, что некоторые из капель вполне способны выдержать и его. А давление пресса составляет до сорока тонн. Это и сделало капли столь уникальными, хотя всем известно, что это должно быть хрупкое стекло. Одной из основных причин, почему капля столь прочная, является сама её форма и распределение внутренних напряжений. У неё куполообразная форма верхней части, что позволяет распределить нагрузку при ударе по поверхности. Также благодаря этому снижается концентрация напряжений в других участках, это предотвращает мгновенное разрушение.

Но и, безусловно, сам процесс изготовления не менее важен. Хотя он кажется на первый взгляд довольно простым, включает в себя несколько этапов, за которые происходят интересные физические явления. В самом начале подготавливается расплавленное стекло, оно должно достигать температуры приблизительно в тысячу градусов Цельсия. Затем с помощью специальных инструментов берётся небольшое количество расплавленного стекла и его капают в очень холодную воду. Её температура должна быть близка к нулю.
Как только эта капля попадает в холодную воду, происходит крайне резкое охлаждение, и благодаря такому перепаду температуры создаётся внутреннее напряжение материала. Если же стекло не трескается во время этого процесса, такое тоже бывает, создаётся капля Руперта. Удивительно прочный маленький объект. Процесс, конечно же, не всегда проходит успешно, стекло ломается из-за всех происходящих внутренних напряжений. Так на одну удачную вещь может приходиться до десяти неудачных попыток.

Капля Руперта имеет уникальную структуру. В процессе быстрого охлаждения стекло просто не успевает кристаллизоваться, в нём образуется аморфная структура, она и обладает столь высокой прочностью на сжатие. Поскольку капля выдерживает сильные нагрузки, она стала интересным объектом для изучения в области материаловедения и физики. Это явление также относится к кратковременной прочности стекла. Стекло в капле оказывается гораздо прочнее любого другого стеклянного объекта, даже если он сделан из того же состава, но при этом имеет отличную от капли форму. Оболочка на поверхности капли затвердевает слишком быстро, именно она и поддерживает прочность. Такой процесс можно сопоставить с приготовлением яйца: так, белок, который начинает сворачиваться и затвердевать, делает это в разы быстрее, чем желток, находящийся глубже, который при этом и вовсе может остаться жидким. Такой же процесс.

В то время, когда внешняя оболочка стеклянной капли уже затвердела, внутренние слои продолжают процесс застывания и естественным образом сжимаются. Это в свою очередь также создаёт напряжение во внешнем защитном слое капли Руперта. После того, как она застывает полностью, внутренне ядро становится сильно сжатым, а напряжение максимальным. Именно в этом и заключается секрет такой невероятной прочности изделия. Капля также оказывается защищена от случайного падения и трещин.

И всё же, несмотря на столь интересные свойства, у капли есть слабые стороны, например, она не может выдержать выстрел из оружия. Когда в неё попадает пуля, то капля как и положено, разлетается на множество мелких частей. Довольно красивое зрелище. К тому же она, естественно, может разбиться, если сила этого удара превысит определенный предел. При слишком сильной нагрузке всё распределение напряжений полностью разрушается. К тому же стоит отметить, что сам хвостик капли, в отличие от основания, значительно более уязвим. И если повредится он, то это может привести к разрушению и самой капли. Поскольку это также приводит к изменению напряжения, ведь капля теряет структурную целостность. Все эти разрушения можно описать как — взрыв, она в любом случае разлетится на множество осколков, не важно каким из способов, будучи разрушенной.
Это её поведение, также связно с понятием — разрыва поверхностного натяжения материала. Вся энергия, которая была накоплена в объекте при разрушении высвобождается и частицы разлетаются в быстром и очень хаотичном порядке. И всё же именно капля принца Руперта представляет из себя удивительное явление, которое можно увидеть в музеях стекла по всему миру. Там же демонстрируется и её прочность, что не может не впечатлять посетителей. К тому же каплю вполне реально приобрести и в качестве необычного сувенира, став обладателем научного чуда.

Кроме того, что капля — интересный экспонат, она также представляет из себя один из самых ранних прототипов закалённого стекла. В настоящее время именно оно очень часто используется в самых разных сферах жизни современного человека. Как в технологиях, так и предметах обхода, например: его применяют для создания экранов смартфонов, для производства посуды, автомобильных стёкол и многого другого. Всего, где требуется особая прочность от механических воздействий и температур. Но всё же у капли принца Руперта и закалённого стекла есть существенные отличия. И они заключаются в том, что в капле полностью отсутствуют уязвимые места, если не брать в расчёт хвостик. Это делает её более устойчивой к разнообразным ударам.

Хотя современные технологии могут позволить контролировать внутреннее натяжение, это предотвращает его чрезмерное соперничество с силой сжатия. Стекло становится намного прочнее и долговечнее. Капля принца Руперта, хоть и кажется очень простой в процессе создания является удивительным природным свойством и феноменом. Она скрывает в себе множество физических и даже химических аспектов, которые в последствии стали применяться в нашей жизни повсеместно.