프린스 루퍼트의 방울은 매우 깨지기 쉬운 꼬리가있는 녹은 유리로 만든 강한 구근구입니다. 구근 머리는 총알을 견딜 수 있지만 꼬리는 가장 작은 힘으로 끊어져 전체 방울이 산산조각납니다.
Glass는 인류가 발견하고 설계 한 가장 흥미로운 재료 중 하나입니다. 특정 분자 구조를 가지고 있지만 다른 화학 물질들 사이에서 그것을 식별하는 화학적 공식은 없습니다.
유리의 분자 구조는 장식 목적부터 방탄에 이르기까지 다양한 요구를 충족시키기 위해 변경 될 수 있습니다. 그러나이 신비한 자료는 계속 우리를 놀라게합니다.
예를 들어, 방탄 교정은 한 가지이지만 총알을 산산조각내는 것은 또 다른 것입니다. 예, 당신은 그 것을 읽습니다. 유리는 실제로 총알을 산산조각 낼 수 있습니다. 우리 가이 사실을 즉시 확인하려는 유혹을받은 것처럼 조금 더 배우기 위해 잠시 시간을 내겠습니다.
총알을 산산조각 낼 수있는 유리는 무엇입니까?
작은 비트의 용융 유리가 차가운 물로 떨어지면 작은 곱슬 꼬리와 눈물 방울과 비슷한 모양을 형성합니다. Anglo-German Royal과 함께 그들의 형태와 일부 역사는 그들을 Rupert 왕자의 방울이라고 불렀습니다. 그들은 또한 네덜란드어와 바타비안의 눈물과 같은 다른 이름에 의해 불려집니다.
Batavian Tears라고도하는 Rupert의 방울은 액적처럼 모양이며 얇고 깨지기 쉬운 꼬리를 가지고 있습니다 (사진 크레디트 :Daria Berdnikova/Shutterstock)
과학자와 애호가 모두가 수행 한 다양한 실험에서 총알이 드롭의 머리에서 리코 셰 뜨개질을하는 것으로 밝혀졌습니다. 이 과정에서는 전구 머리 자체에 의해 거의 손상이 발생하지는 않지만 총알은 붕괴됩니다.
Rupert 왕자의 드롭을 특별하게 만드는 이유
눈물 방울 모양의 유리 조각이 산산조각 난 총알이 충분히 흥미롭지 않다면 여기에 재미있는 사실이 있습니다. 프린스 루퍼트의 방울의 꼬리를 자르려면 모든 것이 작은 조각으로 폭발적으로 산산이 부서집니다.
여기에는 수수께끼가 있습니다. 얇은 꼬리를 흘리면서 총알을 산산조각 낼 수있는 것이 어떻게 부러 질 수 있습니까? 비밀은 드롭의 구조와 형성 과정에 있습니다.
Rupert 왕자의 방울이 어떻게 형성됩니까?
용융 유리 방울이 냉수로 떨어지면 유리는 담금질 과정을 겪습니다. 당신이 그 단어에 익숙하다면, 당신은 금속의 담금질에 대해 들었을 가능성이 있습니다.
냉각 매체에 담그면 용융 상태에서 재료의 갑작스런 냉각은 담금질로 알려져 있으며 재료에 강도를 부여합니다. (사진 크레딧 :Maksim Safaniuk/Shutterstock)
담금질은 용융 상태로 가열 된 재료의 갑작스런 냉각 과정을 말합니다. 이것은 냉수 및 기름과 같은 다양한 매체에 용융 물질을 담그면 달성됩니다.
유리를 해소하는 동안 어떻게됩니까?
담금질 동안, 유리 액적의 가장 바깥 쪽 표면은 켄칭 매체와 먼저 접촉하여 매우 빠른 냉각을 초래합니다. 반면에 구근 머리의 핵심은 빠르게 식지 않습니다.
이 차동 냉각은 머리의 가장 바깥 부분이 높은 압축 응력을 경험하거나 분자를 더 가깝게 밀어 넣는 힘을 초래합니다. 그러나 내부 부분은 냉각이 느리기 때문에 분자를 서로 밀어내는 인장 응력을 경험합니다.
프린스 루퍼트의 방울에 대한 실험 및 관찰
Prince Rupert의 액 적을 사용하는 가장 인기있는 실험 중에는이 유리 전구가 매달려 촬영되는 총알 테스트입니다. 드롭의 머리는 총알의 영향을 합리적으로 잘 견딜 수있는 것으로 관찰됩니다. 그러나 충격파가 꼬리로 이동함에 따라 전체 드롭이 폭발적인 방식으로 붕괴됩니다. 꼬리가 그 자체로 끼워지면 동일한 효과가 관찰 될 수 있습니다.
고속 이미징 기술이 출현 할 때까지 Prince Rupert 's Drops의 이중 행동의 물리학은 크게 알려지지 않았습니다. 이것은 그들이 거의 즉시 미세 분말로 폭발했기 때문에 구조의 변화를 안정적으로 기록 할 수 없었기 때문입니다.
Rupert의 드롭의 이중 행동의 이유
이 변칙적 행동에 대한 대답은 드롭의 구조에 있습니다. 드롭은 외부 표면이 가장 빨리 식히는 방식으로 형성되는 반면 내부 부분은 천천히 식 힙니다.
차동 냉각은 외부의 압축층과 내부의 인장 층을 형성합니다.
이로 인해 내부 부분이 가장 바깥 쪽 표면을 안쪽으로 당겨 압축 응력이 높아집니다. 이러한 압축 응력은 700 메가 파스칼만큼 높을 수 있습니다. 그러나 액적의 내부는 천천히 식으며, 하중이없는 경우에도 스트레스의 존재를 나타내는 공허한 거품이 있습니다. 느린 냉각으로 인해 드롭의 내부는 꼬리를 따라 에너지로 저장되는 높은 인장력을 경험합니다.
하락이 부서지기 위해서는 스트레스 요인이 긴장 영역에서 직접 작용해야합니다. 그러한 상호 작용은 축적 된 에너지가 폭발적으로 방출되기 때문입니다. 이것은 방울의 구근 머리에 과도한 하중을 적용하거나 꼬리를 직접 방해하여 수행 할 수 있습니다.
헤드의 큰 압축 층은 총알을 견딜 수있을 정도로 강하지 만, 충격에 의해 생성 된 충격파는 꼬리를 충분히 방해 할 수 있습니다. 동시에, 꼬리를 깎는 간단한 행동은 모든 인장 응력을 격렬한 방식으로 방출하여 위의 클립에 표시된 것처럼 전체 방울이 붕괴 될 수 있습니다.
.end note-추가 읽기
루퍼트 왕자의 방울에 대한 아이디어는 우발적 인 발견이 아니었고, 본질적으로 선례가 있습니다. 유리의 담금질은 원래 화산 용암에서 연구되었으며, 이는 녹은 상태의 근처 강으로 흘러 들어가고 유리를 형성합니다. 이 유리는 Prince Rupert 's Frowlets에서 볼 수있는 것과 동일한 기계적 특성을 나타 냈습니다.
강화되거나 강화 된 유리가 높은 충격을 견딜 수 있으며 프린스 루퍼트의 방울 (사진 신용 :셔터 스톡)과 같은 작은 조각으로 산산이 부서져 있습니다.
담금질 유리에서 차동 냉각의 유사한 적용은 볼로냐 병입니다. 바깥 쪽 표면은 나무를 통해 못을 박을만큼 강하지 만 내부 표면은 너무나 깨지기 때문에 작은 스크래치조차도 완전히 산산이 부서지게합니다. 오늘날, 유리를 켄 렌치로 인한 차동 냉각 속도는 강화 유리 (일반적으로 강화 유리라고도 함)에서 사용되는데, 이는 루퍼트 왕자의 방울과 유사한 특성을 나타냅니다.
