Когда стекло прочнее пули, но есть один нюанс | Феномен капли принца Руперта⁠⁠

Все мы знаем, что стекло хрупкое, но в тоже время при специальной обработке может быть и прочнее металла. Но оно никогда не сочетает в себе прочность и хрупкость одновременно. Кроме феномена стеклянной капли Руперта которая может выдержать давление в десятки тонн и попадание пистолетной пули – но одновременно с этим она очень хрупкая.

Видеоверсия, для тех кто предпочитает смотреть\слушать:

Когда они появились?

Вероятнее всего, подобные стеклянные капли были известны стеклодувам с незапамятных времён, однако внимание учёных они привлекли довольно поздно: где-то в середине 17 века, когда Принц Руперт вернулся после долгого изгнания в Англию и привез с собой необычные стеклянные капли, которые преподнес Карлу II. Король передал их для исследований в Лондонское королевское общество, чтобы разгадать их тайну, но ученые так и не нашли ответа. Что же так будоражило всех, кто видел этот стеклянный феномен, и продолжает удивлять до сих пор?

Принц Руперт и Карл II (слева на право):

«Батавские слёзки»:

В 17-м веке, прежде чем появилось название "капли принца Руперта", они были известны как "Батавские слёзки" (Батавия — старое название Нидерландов), потому что впервые они начали массово изготовляться именно там.

Технология изготовления капли принца Руперта чрезвычайно проста: нужно лишь взять ведро холодной воды и капнуть туда расплавленным стеклом. После того, как стекло остынет, получится изделие в виде капельки. Казалось бы, вся эта процедура крайне проста. Тем не менее, "Батавские слёзки" обладают очень интересным свойством.

Пример производства капли Руперта:

Они сочетают в себе парадоксальные, на первый взгляд, качества. Капля Руперта является одновременно невероятно прочной и невероятно хрупкой. "Головка" получившегося головастика на удивление крепкая: ее практически невозможно разбить молотком или другим подручным инструментом, а под гидравлическим прессом она может выдержать десятки тонн, в зависимости от размера. Но если хоть чуть-чуть поцарапать хвостик или надломить его, вся капля взорвется на крохотные осколки.

Капля Руперта vs..38 Smith & Wesson Special:

Как это работает?

Чтобы объяснить это явление, исследователи изучили распределение напряжения внутри капли.

Когда капля расплавленного стекла попадает в воду, то её внешний слой охлаждается так быстро, что структура стекла не успевает перестроиться, и соответствующее изменение объёма мало́. Во время остывания внутреннее стекло сильно сжимается, приводя в конечном итоге к огромному накоплению механического напряжения внутри капли.

В результате сердцевина оказывается растянута, а внешний слой — сжат. Иначе говоря, во внутренней части остывшей капли действуют механические напряжения растяжения, а во внешней части — напряжения сжатия.

Посмотрев на каплю через поляризатор, можно "увидеть" все это накопленное напряжение:

Для разрушения капли необходимо, чтобы трещины проникли в ее сердцевину. Обычно они распространяются вдоль поверхности «слезы» и не могут попасть в зону растяжения, что объясняет прочность стекла. Однако в том случае, если трещина образуется при разрушении «хвоста», то она доходит до центра капли и провоцирует эффектный взрыв.

Пример с расчётами скорости взрыва капли Руперта:

Спасибо, что уделили время.
P.S. Если, кто-то делал сам капли принца Руперта, будьте добры,  расскажите об этом в комментарии или постом