Siden det 17. århundrede har prins Ruperts dråber forundret forskere. Dråberne fremstilles ved at dyppe en perle af smeltet sodakalk eller flintglas i koldt vand, som danner et rumpeformet stykke glas. Mens dråbehovedet er utroligt stærkt og kan modstå alt fra et hammerslag til hurtige kugler, kan det bare at sprænge krystalens hale få det hele til at sprænge i pulver. Som David Szondy ved New Atlas rapporterer, har forskerne endelig fundet ud af hemmelighederne bag disse dråber.
Tilbage i 1994 brugte forskere fotografering i høj hastighed til at registrere og analysere, hvordan dråberne sprækker, rapporterer Lisa Zyga til Phys.org. De konkluderede, at dråbeoverfladen har høj trykspænding, mens det indre af dråberne er under høj spænding. Mens denne kombination gør hovedet meget stærkt, er det ikke i ligevægt, hvilket betyder, at selv en lille forstyrrelse i halen får det hele til at destabilisere og falde fra hinanden. Faktisk bevæger revnerne sig med 4.000 miles i timen, hvilket pulveriserer glasset.
Men det var først i de nylige teknologiske fremskridt, at forskere kunne undersøge stressfordelingen i detaljer. De brugte en type mikroskop kendt som et transmissionspolariskop for at undersøge spændingerne inden i glasset. Ved at sende rødt LED-lys gennem dråbet, mens det var nedsænket i en klar væske, kunne de måle, hvordan spændinger i dråbet sænkede lyset. Den samlede effekt er et regnbuefarvet optisk kort over kræfterne inden for dråben. Ved hjælp af matematiske modeller beregnet forskerne derefter de forskellige indvendige og udvendige kræfter. De detaljerede deres resultater sidste år i tidsskriftet Applied Physics Letters.
Spændingerne i hele Prince Ruperts dråbe (Aben et al./American Institute of Physics) Trykspændingen omkring dråbehovet blev beregnet til at være mellem 29 og 50 ton pr. Kvadrat tomme, hvilket gjorde glasset lige så stærkt som nogle typer stål. Men denne styrke findes kun i et tyndt lag, der er bare ti procent af hovedets diameter.
For at bryde et dråbe skal en revne komme gennem det lag og nå det indre spændingsområde. Men det ydre lag er så stærkt, at de fleste revner bare danner en edderkopbane langs overfladen. Halen er dog en anden historie. Denne tynde glasplade kan let brydes, hvilket giver en direkte forbindelse til den følsomme indre spændingszone. Så når det går i stykker, knuses resten af glasset.
Dannelsen af zoner med styrke og svaghed har at gøre med, hvordan dråberne dannes. "Dråbernes overflade afkøles hurtigere end det indre, hvilket frembringer en kombination af trykspændinger på overfladen og kompenserer træk - eller trækkespændinger i dråbernes indre", ifølge pressemeddelelsen.
”Trækspænding er det, der normalt får materialer til at gå i stykker, analogt med at rive et ark papir i halvdelen, ” siger Koushik Viswanathan fra Purdue University, en forfatter af papiret, i pressemeddelelsen. "Men hvis du kunne ændre trækspænding til et trykspænding, bliver det vanskeligt for revner at vokse, og det er dette, der sker i hoveddelen af Prince Ruperts dråber."
Forskere har forundret sig over disse dråber i omkring 400 år. De blev opkaldt efter prins Rupert fra Tyskland, der gav fem af de underlige dråber til Englands Charles II. Siden da har forskere forsøgt at finde ud af, hvad der gør dråberne så stærke. Folk har forsøgt alt for at bryde disse skøre glasvadestole fra at skyde dråberne til at klemme dem i hydrauliske presser. Men disse eksperimenter er bemærkelsesværdige for mere end bare det sjove ved at forsøge at ødelægge strukturer (selvom det er temmelig sjovt at se).
Som Andrew Liszewski hos Gizmodo rapporterer, kunne det at lære om dråberne føre til nye typer splintrigt glas og, vigtigst af alt, ikke-knækkelige mobiltelefonskærme.
