قدرت فوق العاده قطرات شاهزاده روپرت

قطرات شاهزاده روپرت (Prince Rupert’s drop) به اندازه ای قوی هستند که فقط با چکش می توان آنها را در هم شکست. با این حال، چنانچه فردی انتهای این قطرات را با انگشت فشار دهد و بشکند، به شکل پودر در می آیند.

حدود 400 سال است که فیزیکدان ها به دنبال توضیح این پدیده هستند. به تازگی تیمی از دانشگاه پُردو، دانشگاه کمبریج و دانشگاه صنعتی تالین در استونی این معما را حل کرده اند. در این مقاله شما می توانید با نتیجه این تحقیق آشنا شوید.

قطرات شاهزاده روپرت که اشک های باتاویان (Batavian tears) نیز خوانده می شوند، در قرن 17 میلادی کشف شدند. آنها زمانی معروف شدند که شاهزاده روپرت اهل باواریا در آلمان، پنج معما را در دربار چارلز دوم انگلستان مطرح کرد.

انجمن سلطنتی انگلستان در سال 1661 شروع به بررسی این قطرات کرد، اما با وجود 4 قرن تلاش محققان برای حل این معما، راز استحکام فوق العاده و همزمان شکنندگی خود تخریبی این قطرات در هاله ای از ابهام باقی ماند.

این قطره ها با استفاده از حباب های داغ و قرمز رنگ شیشه ذوب شده با ضریب انبساط حرارتی بالا و انداختن آنها در ظرفی از آب سرد تولید می شوند؛ شیشه ذوب بلافاصله به شکل قطره دُم دار جامد در می آید.

دانشمندان حاضر در این تحقیق از فتوالاستیسیته یکپارچه شده برای بررسی این قطرات استفاده کردند. در این تکنیک، یک شئی سه بعدی شفاف در نوعی حمام غوطه ور معلق می شود و نور پلاریزه از میان آن عبور می کند. تغییرات حاصل شده در قطبیدگی نور در درون شئی، به شکل نوارهای رنگین کمان به نمایش در می آید.

فیزیکدان ها در این مطالعه روی سر قطره متمرکز شدند و دریافتند تنش فشاری در شیشه حدود 50 تُن در اینچ مربع است و این ویژگی به آن استحکام فولاد را می دهد.

به گفته تیم تحقیقاتی، این امر به این خاطر است که سطح بیرونی قطره سریع تر از داخل آن سرد می شود و این موضوع سطح بیرونی را به لایه ای متشکل از نیروهای فشاری قدرتمند تبدیل می کند و این نیروها به داخل قطره فشار می آورند.

تنش فشاری توسط نیروهای کششی داخل قطره متعادل می شود و تا زمانی که این نیروها در حال تعادل باقی بمانند، قطره در وضعیت باثبات است و می تواند فشار فوق العاده ای را تحمل کند.

معمولاً چون شیشه نوعی مایع فوق سرد شده است و نه جامد، هر تَرکی در سطح آن گسترش یافته و آن را می شکند. اما در قطره شاهزاده روپرت، تعامل بین نواحی داخل و خارجی، این نیروها را به حاشیه می راند بطوریکه ترک ها نمی توانند گسترش یابند.

با این حال، چنانچه دُم قطره شکسته شود، ترک های موجود در آن گسترش می یابند، به محور قطره نفوذ کرده و وارد سر قطره می شوند. آسیب وارده به حدی بزرگ است که نیروهای متعادل شده، آزاد می شوند و موجب انفجار قطره می شوند.

شما می توانید فیلم کوتاه تحقیق را نیز در ادامه از YouTube مشاهده نمایید:

[toggle title=”برای مشاهده منابع اینجا کلیک کنید.” state=”close” ]

مقاله علمی و آموزشی «قدرت فوق العاده قطرات شاهزاده روپرت»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله وب سایت NEW ATLAS به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.

[/toggle]