(Phys.org)—Onderzoekers hebben eindelijk antwoord gegeven op een vraag die wetenschappers sinds het begin van de 17e eeuw met stomheid geslagen heeft:waarom zijn de koppen van kikkervisjesvormige stukjes glas die "Prince Rupert's drops" worden genoemd, zo sterk?

in de 17 ^e eeuw, Prins Rupert uit Duitsland bracht enkele van deze glazen druppels naar de Engelse koning Charles II, die geïntrigeerd was door hun ongewone eigenschappen. Terwijl de kop van de druppel zo sterk is dat hij de impact van een hamer kan weerstaan, de staart is zo kwetsbaar dat als je hem met je vingers buigt, niet alleen de staart breekt, maar ervoor zorgen dat de hele druppel onmiddellijk uiteenvalt tot een fijn poeder.

De druppels van Prince Rupert zijn gemakkelijk te maken door roodgloeiende klodders gesmolten glas in water te laten vallen. Hoewel onderzoekers jarenlang hebben geprobeerd te begrijpen waardoor de ongebruikelijke eigenschappen van deze druppels worden veroorzaakt, pas onlangs heeft moderne technologie onderzoekers in staat gesteld om ze grondig te onderzoeken.

1994, S. Chandrasekar van de Purdue University en M. M. Chaudhri van de University of Cambridge gebruikten high-speed framing-fotografie om het druppelverbrijzelingsproces te observeren. Uit hun experimenten, ze concludeerden dat het oppervlak van elke druppel hoge drukspanningen ervaart, terwijl het interieur hoge trekkrachten ervaart. Dus de druppel bevindt zich in een toestand van onstabiel evenwicht, die gemakkelijk kan worden verstoord door het breken van de staart.

Een open vraag, echter, zo worden de spanningen verdeeld over de val van een prins Rupert. Het begrijpen van de spanningsverdeling zou helpen om vollediger te verklaren waarom de koppen van deze druppels zo sterk zijn.

Om dit te doen, Chandrasekar en Chaudhri begonnen samen te werken met Hillar Aben, een professor aan de Technische Universiteit van Tallinn in Estland. Aben is gespecialiseerd in het bepalen van restspanningen in transparante driedimensionale objecten, zoals de druppels van prins Rupert.

In de nieuwe studie gepubliceerd in Technische Natuurkunde Brieven , Aben, Chandrasekar, Chaudhri, en hun co-auteurs hebben de spanningsverdeling in de druppels van Prince Rupert onderzocht met behulp van een transmissiepolariscoop, dat is een soort microscoop die de dubbele breking meet in een axi-symmetrisch transparant object, zoals een druppel van Prince Rupert.

In hun experimenten, lieten de onderzoekers een druppel van Prince Rupert in een heldere vloeistof hangen, en verlichtte vervolgens de druppel met een rode LED. Met behulp van de polariscoop, de onderzoekers maten de optische vertraging van het licht terwijl het door de glazen druppel reisde, en vervolgens de gegevens gebruikt om de spanningsverdeling over de hele val te construeren.

De resultaten toonden aan dat de koppen van de druppels een veel hogere oppervlaktedrukspanning hebben dan eerder werd gedacht - tot 700 megapascal, dat is bijna 7, 000 keer atmosferische druk. Deze oppervlaktedruklaag is ook dun, ongeveer 10% van de diameter van de kop van een druppel.

Zoals de onderzoekers uitleggen, deze waarden geven de druppelkoppen een zeer hoge breuksterkte. Om een ​​druppel te breken, het is noodzakelijk om een ​​scheur te creëren die de inwendige spanningszone in de druppel binnenkomt. Aangezien scheuren op het oppervlak de neiging hebben om evenwijdig aan het oppervlak te groeien, ze kunnen de spanningszone niet binnengaan. In plaats daarvan, de gemakkelijkste manier om een ​​druppel te breken is door de staart te verstoren, omdat een verstoring op deze locatie ervoor zorgt dat scheuren in de spanningszone kunnen komen.

Algemeen, de onderzoekers geloven dat de resultaten eindelijk de grote kracht van de druppels van prins Rupert verklaren.

"Het werk heeft volledig uitgelegd waarom de kop van een druppel zo sterk is, " vertelde Chaudhri Phys.org . "Ik denk dat we nu de meeste van de belangrijkste aspecten van dit gebied hebben opgelost. nieuwe vragen kunnen onverwachts opduiken."

© 2017 Fys.org