Video: Waarom een ​​hamer dit ongewone stuk glas niet zal breken

Video: Waarom een ​​hamer dit ongewone stuk glas niet zal breken

Door Daniel CleryMay. 16, 2017, 11:30 uur

De stoere maar toch fragiele fysische eigenschappen van de kikkervormige stukjes glas, bekend als de druppels van Prince Rupert, hebben natuurkundigen in verwarring gebracht zolang er maar natuurkundigen zijn geweest. Bash het hoofd met een hamer, en een druppel krijgt nauwelijks een kras. Maar breek zijn dunne staart af en het verbrijzelt tot fijn poeder. Onderzoekers realiseerden zich lang geleden al dat de sterkte van de druppels die zijn genoemd naar Prins Rupert van Beieren, die er vijf in 1660 aan koning Charles II in Groot-Brittannië presenteerde, iets te maken heeft met spanningen in het glas dat gecreëerd werd toen een druppel wordt gemaakt door een klodder gesmolten glas in water te laten vallen, zodat het snel afkoelt. Twintig jaar geleden namen een paar onderzoekers high-speed video van een druppel die uiteenviel, waaruit blijkt dat, wanneer de staart is gebroken, scheuren zich met meer dan 1700 meter per seconde over het gespannen glas verspreiden. Die onderzoekers werken nu samen met anderen om de stress in het hoofd van een druppel te bestuderen. Met behulp van een techniek die geïntegreerde foto-elasticiteit wordt genoemd, dompelen ze de druppel in een vloeistof en schijnen er gepolariseerd licht doorheen. Gestresste gebieden propageren het gepolariseerde licht anders, en door het licht te verwerken met technieken vergelijkbaar met die gebruikt voor medische gecomputeriseerde tomografiescans, konden de onderzoekers de verschillende lagen van spanningen in de druppel in kaart brengen. De buitengewone kracht van het hoofd, zo meldden ze in Applied Physics Letters, komt niet van trek- of trekspanning, zoals onderzoekers al lang geloofden maar van drukstress. Het team gemeten drukstress in de kop van de druppel equivalent aan meer dan 4000 keer atmosferische druk makend het zo sterk zoals sommige soorten staal. Trekspanningen, die bestaan ​​in de staart en het inwendige van de druppel, hebben de neiging om scheuren te verspreiden, maar de overliggende drukspanning in de kop onderdrukt deze. De samendrukkende buitenlaag beschermt de kop tegen hamerslagen. Maar een geknikte staart laat de scheuren door de druppel rennen, en hoewel de compressieve buitenlaag de scheuren vertraagt, kan het ze in dat stadium niet stoppen.