设为首页收藏本站

弧论坛

 找回密码
 立即注册
搜索
热搜: 活动 交友 discuz
查看: 3486|回复: 0
打印 上一主题 下一主题

“鲁珀特之泪”,400年前的科学谜团得到解答

[复制链接]

5909

主题

6606

帖子

7166

积分

坛主

Rank: 10Rank: 10Rank: 10

积分
7166
跳转到指定楼层
楼主
发表于 2017-5-14 00:27 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
“鲁珀特之泪”,400年前的科学谜团得到解答

2017-05-14
DeepTech深科技


为什么蝌蚪状的“鲁珀特之泪”(Prince Rupert's drops)如此坚硬?这个问题自 17 世纪初以来,就一直困扰着科学家,如今终于得到解答。


                               
登录/注册后可看大图
图 |  “鲁珀特之泪”

在 17 世纪,德国的鲁珀特亲王送给英国国王查理二世一些蝌蚪状的玻璃泪滴。这些玻璃物体有着奇妙的特性:泪滴头部可以经受锤子的敲砸,但如果抓住泪滴尾部,稍微施力整颗玻璃泪滴就会立刻碎成粉末。


                               
登录/注册后可看大图

将融化的玻璃依靠重力自然滴入水中,就会形成“鲁珀特之泪”。多年来,研究人员一直试图解开“鲁珀特之泪”的奥秘,但直到最近,科学家才在现代科技的帮助下得到答案。

1994 年,普渡大学的S·钱德拉塞克兰和剑桥大学的M·M·乔杜里用高速摄影技术观察了泪滴的碎裂过程。他们通过实验得出结论:玻璃泪滴表面具有很很强的压应力,而内部具有很强的拉应力,所以,泪滴处于不稳定的平衡态,尾部则是“鲁珀特之泪”的七寸。


                               
登录/注册后可看大图

一个悬而未决的问题是,“鲁珀特之泪”内的这些应力是如何分布的。理解了应力分布就能充分解释泪滴头部为何如此坚硬。

为此,钱德拉塞克兰和乔杜里开始和塔林理工大学(Tallinn University of Technology)教授希勒·阿边(Hillar Aben)合作。阿边是研究透明物体三维残留应力的专家。


                               
登录/注册后可看大图
图 |  “鲁珀特之泪”的残留应力通过彩色条纹显示从来

阿边他们用透射偏光显微镜分析了“鲁珀特之泪”应力分布,并将研究结果发表在《Applied Physics Letters》上。

透射偏光显微镜可以测量轴对称透明物体的双折射。在实验中,研究人员将“鲁珀特之泪”悬浮在透明液体中,然后用红色LED照亮玻璃泪滴。他们借助偏光显微镜测量到光通过玻璃滴的光延迟,并用这些数据构建了整个玻璃滴的应力分布。



结果表明,玻璃滴头部表明的压应力高达 700 兆帕,近乎大气压的 7000 倍——这要比之前的预期高得多。而这些压应力的分布却很薄,约占玻璃滴直径的10%。

表面压应力让“鲁珀特之泪”拥有很高的结构强度。要使“鲁珀特之泪”破碎,必须在玻璃滴内部拉伸区形成裂纹,而表面裂纹只会沿着玻璃滴表面发展,不会深入内部拉伸区。但尾部却是“鲁珀特之泪”的阿喀琉斯之踵,因为尾部碎裂会使裂纹传入玻璃滴拉伸区,并迅速从内部土崩瓦解。


                               
登录/注册后可看大图

至此,“鲁珀特之泪”的硬度问题终于得到解答。

“我们的研究成分解释了玻璃滴头部硬度为何如此之大”,乔杜里说。“我们已经解决了‘鲁珀特之泪’的主要谜团,但或许还会有出乎意料的是新问题出现。”

-End-

编辑:孙小彪






大道至简 万物于弧
您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

手机版|Archiver|小黑屋|国际弧学研究会    

GMT-7, 2024-10-31 16:55 , Processed in 0.319791 second(s), 23 queries .

Powered by Discuz! X3.1

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表