Көзілдірілген шыны тамшылары: қызған шыныны суға тамсату арқылы жасалады. Мықтылығымен таңғалыстырады, сындыру қиын, бірақ ұшы зақымданса жарылады. 🔍🔬✨
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Қобалған шыныны суық суға тамшылату арқылы жасалған шыны бұйым.
Glass object created by dripping molten glass into cold water
Принц Руперттің тамшылары (сондай-ақ голланд көз жасы немесе Батавия көз жасы деп те аталады) – қобалған шыныны суық суға тамшылату арқылы жасалған, ұзын, жіңішке құйрығы бар түйе пішіндес тамшыға қатып қалатын қатайтылған шыны шарлары. Бұл тамшылар ішінде өте жоғары қалдық кернеулермен сипатталады, бұл интуицияға қайшы келетін қасиеттерге әкеледі, мысалы, дөңгелек бөлігіне балғамен немесе оқпен соққанда жарылмай тұруы, ал құйрық бөлігіне ең аз зақым келген жағдайда жарылыспен ыдырайды. Табиғатта ұқсас құрылымдар белгілі бір жағдайларда жанартау лавасында пайда болады және Пеленің жасы деп аталады. Тамшылар 1660 жылы Англияға әкелген Рейн князі Руперттің құрметіне аталған, бірақ олар 17 ғасырда Нидерландта жасалған және шыны өндірушілерге одан да ертерек белгілі болған. Олар Корольдік қоғамда ғылыми жаңалық ретінде зерттелді және олардың ерекше қасиеттерінің принциптерін ашу 1874 жылы патенттелген қатайтылған шыныны өндіру процесін дамытуға мүмкінше түрткі болды. 20-шы және 21-ші ғасырларда жүргізілген зерттеулер тамшылардың қарама-қайшы қасиеттерінің себептерін одан әрі түсіндірді.
Prince Rupert's drops (also known as Dutch tears or Batavian tears) are toughened glass beads created by dripping molten glass into cold water, which causes it to solidify into a tadpole shaped droplet with a long, thin tail. These droplets are characterized internally by very high residual stresses, which give rise to counter intuitive properties, such as the ability to withstand a blow from a hammer or a bullet on the bulbous end without breaking, while exhibiting explosive disintegration if the tail end is even slightly damaged. In nature, similar structures are produced under certain conditions in volcanic lava, and are known as Pele's tears. The drops are named after Prince Rupert of the Rhine, who brought them to England in 1660, although they were reportedly being produced in the Netherlands earlier in the 17th century and had probably been known to glassmakers for much longer. They were studied as scientific curiosities by the Royal Society and the unravelling of the principles of their unusual properties probably led to the development of the process for the production of toughened glass, patented in 1874. Research carried out in the 20th and 21st centuries shed further light on the reasons for the drops' contradictory properties.
Сипаттама
Принц Руперттің тамшылары балқыған шыны тамшыларды суық суға түсіру арқылы жасалады. Шыны суда сырттан ішке қарай тез суынып, қатаяды. Бұл жылулық муздатуды тез суытылған шардың қарапайым моделі арқылы сипаттауға болады. Принц Руперттің тамшылары екі ерекше механикалық қасиетіне байланысты шамамен 400 жылдан бері ғылыми қызығушылық тудырып келеді: осы жоғары жылдамдықтарды ескере отырып, жарықшалардың бифуркациясынан туындаған ыдырау процесін құйрығын қарап және жоғары жылдамдықты бейнелеу техникаларын қолдану арқылы ғана болжауға болады. Осының салдарынан, тамшылардың осы қызықты қасиеті ғасырлар бойы түсіндірілмей келді. Тамшылардың екінші ерекше қасиеті – олардың басының беріктігі – бастың сыртқы бетіне жақын орналасқан үлкен қысымдық қалдық кернеулердің тікелей салдары болып табылады. Солтүстік Германиядағы Мекленбургтен алынған тамшылар туралы расталған мәліметтер 1625 жылға дейін жетеді. Оларды жасаудың құпиясы біраз уақытқа Мекленбург аймағында сақталды, бірақ тамшылар одан Еуропаға ойыншық немесе қызығушылық ретінде сатыла бастады. Голланд ғалымы Константин Гюйгенс Ньюкасл герцогинясы Маргарет Кавендиштен тамшылардың қасиеттерін зерттеуді сұрады; оның тәжірибелер жүргізгеннен кейін жасаған қорытындысы бойынша, тамшының ішінде аз мөлшерде ұшпалы сұйықтық қамтылған. Принц Руперт бұл тамшыларды өзі ашпаса да, 1660 жылы оларды Ұлыбританияға әкеліп, олардың тарихында маңызды рөл атқарды. Ол оларды король Чарльз II-ге сыйлады, ол өз кезегінде 1661 жылы ғылыми зерттеулер үшін оларды (алдыңғы жылы құрылған) Корольдік қоғамға тапсырды. Корольдік қоғамның алғашқы жарияланымдарында тамшылар туралы мәліметтер келтірілген және олармен жүргізілген тәжірибелер сипатталған. Осы жарияланымдардың арасында Роберт Гуктың 1665 жылғы «Микрографиясы» болды, ол кейін Гук заңын ашты. Оның жарияланымдары сол кездегіге қарағанда толық түсініксіз болған серпімділік (соңырақ Гук өз үлесін қосты) және жарықтардың таралуынан туындаған нақты материалдардың бұзылуы туралы айтылатын нәрселердің көп бөлігін дұрыс баяндады. Жарықтар таралуын толық түсіну үшін А. А. Гриффиттің 1920 жылғы еңбегіне дейін күтілу керек болды. 1994 жылы Пурду университетінің инженерлік профессоры Шринивасан Чандрасекар және Кембридж университетінің материалдар тобының жетекшісі Мунавар Чадри жоғары жылдамдықты фотосуретке түсіру арқылы тамшылардың ұшырау процесін бақылады және тамшылардың бетінде жоғары қысымдық кернеулер, ал ішкі жағында жоғары тартылу күштері сезілетінін, құйрығын сындыру арқылы оңай бұзылатын теңсіз тепе-теңдік күйін тудыратынын анықтады. Алайда, бұл Принц Руперттің тамшыларындағы кернеулердің қалай таралатындығы туралы сұраққа жауап бермеді. 2017 жылы жарияланған тағы бір зерттеуде команда Эстониядағы Таллинн технология университетінің профессоры Хиллар Абенмен бірлесіп, қызыл LED-ден шыққан жарықтың шыны тамшы арқылы өтетініндегі оптикалық кідірісті өлшеу үшін тарату полярскобын қолданды және алынған деректерді тамшыдағы кернеулердің таралуын құру үшін пайдаланды. Бұл тамшылардың басындағы беткі қысымдық кернеудің бұрынғыдан әлдеқайда жоғары екенін көрсетті, шамамен , бірақ бұл беткі қысымдық қабаттың да жұқа екенін, тамшы басының диаметрінің шамамен 10% ғана құрайтынын көрсетті. Бұл бетке жоғары сыну беріктігін береді, яғни тамшыны бұзу үшін ішкі тартылу аймағына енетін жарылыс жасау қажет. Жер бетіндегі жарықтар бетке параллель өседі, сондықтан олар тартылу аймағына енуге қабілетсіз, бірақ құйрықтағы бұзылулар жарықтардың тартылу аймағына енуіне мүмкіндік береді. Принц Руперттің тамшыларының ерте тарихы туралы ғылыми есеп Лондонның Корольдік қоғамының жазбаларында берілген, онда тамшыларды зерттеудің алғашқы ғылыми зерттеулері жүргізілді.
Prince Rupert's drops are produced by dropping molten glass drops into cold water. The glass rapidly cools and solidifies in the water from the outside inward. This thermal quenching may be described by means of a simplified model of a rapidly cooled sphere. Prince Rupert's drops have remained a scientific curiosity for nearly 400 years due to two unusual mechanical properties: Given these high speeds, the disintegration process due to crack bifurcation can only be inferred by looking into the tail and employing high speed imaging techniques. This is perhaps why this curious property of the drops remained unexplained for centuries. The second unusual property of the drops, namely the strength of the heads, is a direct consequence of large compressive residual stressesup to that exist in the vicinity of the head's outer surface. Verifiable accounts of the drops from Mecklenburg in North Germany appear as early as 1625. The secret of how to make them remained in the Mecklenburg area for some time, although the drops were disseminated across Europe from there, for sale as toys or curiosities. The Dutch scientist Constantijn Huygens asked Margaret Cavendish, Duchess of Newcastle to investigate the properties of the drops; her opinion after carrying out experiments was that a small amount of volatile liquid was trapped inside. Although Prince Rupert did not discover the drops, he played a role in their history by bringing them to Britain in 1660. He gave them to King Charles II, who in turn delivered them in 1661 to the Royal Society (which had been created the previous year) for scientific study. Several early publications from the Royal Society give accounts of the drops and describe experiments performed. Among these publications was Micrographia of 1665 by Robert Hooke, who later would discover Hooke's Law. His publication laid out correctly most of what can be said about Prince Rupert's drops without a fuller understanding than existed at the time, of elasticity (to which Hooke himself later contributed) and of the failure of brittle materials from the propagation of cracks. A fuller understanding of crack propagation had to wait until the work of A. A. Griffith in 1920. In 1994, Srinivasan Chandrasekar, an engineering professor at Purdue University, and Munawar Chaudhri, head of the materials group at the University of Cambridge, used high speed framing photography to observe the drop shattering process and concluded that while the surface of the drops experiences highly compressive stresses, the inside experiences high tension forces, creating a state of unequal equilibrium which can easily be disturbed by breaking the tail. However, this left the question of how the stresses are distributed throughout a Prince Rupert's drop. In a further study published in 2017, the team collaborated with Hillar Aben, a professor at Tallinn University of Technology in Estonia using a transmission polariscope to measure the optical retardation of light from a red LED as it travelled through the glass drop, and used the data to construct the stress distribution throughout the drop. This showed that the heads of the drops have a much higher surface compressive stress than previously thought at up to , but that this surface compressive layer is also thin, only about 10% of the diameter of the head of a drop. This gives the surface a high fracture strength which means that it is necessary to create a crack that enters the interior tension zone in order to break the droplet. As cracks on the surface tend to grow parallel to the surface, they cannot enter the tension zone but a disturbance in the tail allows cracks to enter the tension zone. A scholarly account of the early history of Prince Rupert's drops is given in the Notes and Records of the Royal Society of London, where much of the early scientific study of the drops was performed.
Ғылыми мақсаттар
Қаттыланған шыныны суыту арқылы өндіру процесі, ықтималда, тамшыларды зерттеу нәтижесінде туған болуы мүмкін, өйткені оны париждік Франсуа Бартелеми Альфред Ройер де ла Басти Англияда 1874 жылы патенттеген, ал В. Де Луйнс олармен жасаған тәжірибелері туралы есептемесін жариялағаннан бір жыл өткен соң. Соңғы кезде Бристоль университеті мен Исландия университетінің ғалымдары белсенді жанартаулардағы жинақталған жылулық кернеудің салдарынан магманың бөлшектенуі мен күлдің қалыптасуын жақсырақ түсіну мақсатында, Принс Руперт тамшыларының жарылыс арқылы бөлшектенуінен пайда болған шыны бөлшектерін зертханада зерттеді.
The process for the production of toughened glass by quenching was probably inspired by the study of the drops, as it was patented in England by Parisian Francois Barthelemy Alfred Royer de la Bastie, in 1874, just one year after V. De Luynes had published accounts of his experiments with them. More recently researchers at the University of Bristol and the University of Iceland have studied the glass particles produced by explosive fragmentation of Prince Rupert's drops in the laboratory to better understand magma fragmentation and ash formation driven by stored thermal stresses in active volcanoes.