400-Letnia Tajemnica Fizyki Zostaje Złamana

{h1}

Tajemnica dziwnych szklanych bombek, które pokazują zarówno niezwykłą siłę, jak i kruchość, została w końcu rozwiązana.

Nota redaktora: Ta historia została zaktualizowana o 13:30. E.T.

Tajemnica małych szklanych słodyczy w kształcie łzy, które mogą przetrwać uderzenie młotem, a jednak pękają na drobne kawałki z najmniejszym dotykiem do trzonu, została w końcu rozwiązana.

Dziwne kształty, zwane kroplami księcia Ruperta, stanowią zagadkę, która utrudnia naukowcom od 400 lat.

„Z jednej strony głowa jest w stanie wytrzymać uderzenia, az drugiej strony ogon może zostać złamany za pomocą najmniejszego nacisku palca, aw ciągu kilku mikrosekund cała rzecz rozbija się w drobny proszek z towarzyszącym mu ostrym trzaskiem”. współautor Srinivasan Chandrasekar, profesor inżynierii przemysłowej i dyrektor Centrum Przetwarzania Materiałów i Tribologii na Uniwersytecie Purdue w Indianie, powiedział w oświadczeniu.

Teraz nowe badanie ujawnia, że ​​główka tych małych szklanych kijanek ma tak niezłomną siłę z powodu sił ściskających działających na zewnątrz kropli. Badania wykazały, że siły te rywalizują z siłami ściskającymi w niektórych formach stali. [Tajemnicza fizyka 7 rzeczy codziennych]

Ciekawostki szklane

Krople księcia Ruperta po raz pierwszy zyskały szeroką sławę w 1660 r., Kiedy książę Rupert nad Renem (Niemcy) przyniósł kilka ciekawostek królowi Karolowi II Anglii. (Łzy, które powstają przez nalewanie stopionego szkła do zimnej wody, prawdopodobnie znali go dmuchacze szkła stulecia wcześniej). Następnie Charles przekazał je Royal Society, które opublikowało pierwsze naukowe badanie ich właściwości w 1661 roku.

Krople księcia Ruperta to dziwne małe szklane wyroby cukiernicze, które mogą wytrzymać uderzenie młotem w głowę, ale pękają z najmniejszym naciskiem na ogon. Nowe badania ujawniły fizykę tego dziwnego zjawiska.

Krople księcia Ruperta to dziwne małe szklane wyroby cukiernicze, które mogą wytrzymać uderzenie młotem w głowę, ale pękają z najmniejszym naciskiem na ogon. Nowe badania ujawniły fizykę tego dziwnego zjawiska.

Źródło: Trevor Mahlmann / Purdue University

Przez wieki naukowcy zastanawiali się nad zagadką kropli księcia Ruperta. W 1994 r. Chandrasekar i kolega użyli szybkiej kamery, aby uchwycić 1 milion klatek na sekundę spadających kropel. Materiał filmowy ujawnił, że małe pęknięcia, które tworzą się w ogonie, szybko rozprzestrzeniają się w głowę.

Chandrasekhar powiedział, że gdy pęknięcia te osiągną wystarczająco duże prędkości (około 1,5 km na sekundę), rozpadły się na dwie części. Następnie te dwa pęknięcia osiągają wystarczająco dużą prędkość i dzielą się na dwie części, i tak dalej. Powiedział, że w końcu cała struktura została całkowicie opanowana przez niezliczone małe pęknięcia.

„Ogon odłamie się, ale głowa eksploduje w proszek, a ta część jest w rzeczywistości dość spektakularna”, powiedział Chandrasekhar Live Live.

To odkrycie wyjaśniło, dlaczego trzaskanie ogonem tak łatwo niszczy konstrukcję. Jednak od czasu tego badania naukowcy próbowali wyjaśnić paradoksalną kombinację wytrzymałości i kruchości bombek, ale nigdy nie znaleźli zadowalającego wyjaśnienia prawie nietłukących właściwości głowy. [18 największych nierozwiązanych tajemnic w fizyce]

Silna głowa

W nowym badaniu Chandrasekar polegał na nieco innej technice zwanej zintegrowaną fotoelastycznością, aby odkryć tajemnice szklanych kijanek. Technika ta polega na umieszczeniu obiektu w kałuży wody, a następnie przepuszczeniu spolaryzowanych fal świetlnych lub światła zorientowanego w jednej płaszczyźnie przez materiał. Naprężenia wewnętrzne w materiale zmieniają polaryzację światła. Spojrzenie na polaryzację wychodzących fal świetlnych przez specjalne filtry ujawnia wewnętrzne naprężenia wewnątrz obiektu - w tym przypadku główkę kropli i ogon.

Okazało się, że głowy kropli księcia Ruperta utrzymywały nadzwyczajne poziomy naprężeń ściskających - około 50 ton na cal kwadratowy. (Naprężenie ściskające to siła na jednostkę powierzchni, która ściska rzeczy razem).

Naprężenia te powstały, ponieważ rodzaj szkła zastosowanego w tych łzach - który dramatycznie rozszerza się wraz z ciepłem - również dramatycznie kurczy się po wystawieniu na zimną wodę. Podczas procesu tworzenia tych kropli stopione szkło zanurza się w zimnej wodzie. Kiedy szkło uderza w wodę, na zewnątrz chłodzi się szybciej niż wewnątrz. Zewnętrzna warstwa szkła tworzy następnie rodzaj „kurtki”, która ściska wnętrze. Ponieważ wnętrze wciąż się ochładza, a ponieważ siły działające w obiekcie muszą być równe zeru, głowa tworzy naprężenia rozciągające na swoim wnętrzu, naukowcy opisali w swoim artykule, który został opublikowany online w Applied Physics Letters. (Ogólnie rzecz biorąc, naprężenie rozciągające to siła wewnętrzna na jednostkę powierzchni, która rozrywa rzeczy - pomyśl o rozdzieraniu kawałka papieru na pół. Naprężenia rozciągające i ściskające działają w przeciwnych kierunkach, a zatem się znoszą).

Powód, dla którego naprężenie ściskające na zewnątrz kropli zapobiega pękaniu, jest nieco intuicyjny; kompresja ściska atomy szkła bliżej siebie - więc nie mają dokąd pójść. Pęknięcia również nie przemieszczają się tak łatwo przez materiały poddawane ściskaniu. W przeciwieństwie do tego, większość materiałów ma tendencję do łatwiejszego pękania, gdy są one rozciągane w napięciu.

Jednak nawet te odporne na pękanie wyroby cukiernicze ostatecznie pękną pod presją; na przykład, jeśli główki kropli zostaną umieszczone w imadle z wystarczającym naciskiem, one również ostatecznie zmienią się w proszek, choć nie tak spektakularnie, jak w przypadku strzaskania ogona, powiedział Chandrasekar.

„Nic nie jest niezniszczalne” - powiedziała Chandrasekar.

Uwaga edytora: Ta historia została zaktualizowana, aby wyjaśnić w jednym przypadku, że naprężenie ściskające jest siłą na jednostkę powierzchni, a nie siłą działającą wewnątrz obiektu.

Pierwotnie opublikowany w WordsSideKick.com.


Suplement Wideo: .




Badania


Fizycy, Polując Na „Dark Photon”, Wysadzą Diament Za Pomocą Antymaterii
Fizycy, Polując Na „Dark Photon”, Wysadzą Diament Za Pomocą Antymaterii

Kobiety Mają Koszmary, Mężczyźni Marzą O Seksie
Kobiety Mają Koszmary, Mężczyźni Marzą O Seksie

Science News


Mrożona Kupa Jest Tak Dobra, Jak Świeża Kupa Na C. Trudne Leczenie
Mrożona Kupa Jest Tak Dobra, Jak Świeża Kupa Na C. Trudne Leczenie

Uważaj Na Spadające Legwany! Bomb Cyclone Drops Frozen Jaszczurki
Uważaj Na Spadające Legwany! Bomb Cyclone Drops Frozen Jaszczurki

Tysiące Ptaszników Wyruszają Na Coroczną Migrację W Kolorado
Tysiące Ptaszników Wyruszają Na Coroczną Migrację W Kolorado

W Grach Wideo Brakuje Postaci Kobiecych I Mniejszościowych
W Grach Wideo Brakuje Postaci Kobiecych I Mniejszościowych

Amazonka: Najpotężniejsza Rzeka Na Ziemi
Amazonka: Najpotężniejsza Rzeka Na Ziemi


PL.WordsSideKick.com
Wszelkie Prawa Zastrzeżone!
Kopiowanie Jakichkolwiek Materiałów Pozostawiono Tylko Prostanovkoy Aktywny Link Do Strony PL.WordsSideKick.com

© 2005–2020 PL.WordsSideKick.com