Батавские слёзки (в честь Батавии — старого названия Голландии), также болонские склянки , капли принца Руперта ( англ. Prince Rupert's drops ) — застывшие капли закалённого стекла , обладающие чрезвычайно высокими внутренними механическими напряжениями .

История

Скорее всего, подобные стеклянные капли были известны стеклодувам с незапамятных времён, однако внимание учёных они привлекли довольно поздно: где-то в середине XVII века . Появились они в Европе (по разным источникам, в Голландии , Дании или Германии ). В Англию их привёз принц Руперт Пфальцский . Технология изготовления «слёзок» держалась в секрете, но на поверку оказалась очень простой.

Опыт

Если капнуть расплавленным стеклом в холодную воду и стекло после этого не лопнет , получается капля в форме головастика, с длинным изогнутым «хвостом». При этом капля обладает исключительной прочностью : по её «голове» можно бить молотком, и она не разобьётся. Но если надломить хвостик, капля мгновенно разлетается на мелкие осколки . Опыт необходимо проводить в защитных очках, так как «взрывающееся» стекло очень опасно.

На кадрах, зарегистрированных с помощью высокоскоростной съёмки , видно, что фронт «взрыва» движется по капле с большой скоростью: 1,2 км/с (для сравнения: скорость звука в воздухе 0,34 км/с , скорость детонации взрывчатки — 2—9 км/с ). Если опыт проводится в темноте, заметна также триболюминесценция .

В поляризованном свете видно , что капля не изотропна , а испытывает сильные внутренние напряжения, что и вызывает такие странные свойства.

Физическое объяснение

Расплавленное стекло при понижении температуры не кристаллизуется , а переходит в стеклообразное состояние , то есть атомы твердеющего стекла не успевают занять свои «правильные», такие же, как в кристалле , места, а формируют структуру, подобную структуре жидкости . Важно отметить, что характеристики стекла в этом состоянии — в частности, объём — существенно зависят от скорости охлаждения расплава .

Когда капля стекла, расплавленного при температуре 400—600 °C , попадает в воду, её внешний слой охлаждается так быстро, что структура стекла не успевает перестроиться, и соответствующее изменение (уменьшение) объёма мало́. С другой стороны, сердцевина капли остывает медленно, и потому структура стекла сердцевины изменяется в гораздо большей степени, чем у стекла в наружном слое. Однако объём сердцевины не может измениться соответственно изменению структуры, поскольку такому изменению объёма препятствует внешний слой. 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 . Сжатая оболочка очень прочна (так же устроены, например, донышки аэрозольных баллонов или бетонные тоннели метро ), но если оболочку разрушить, все напряжения высвобождаются, и капля взрывается.

Аналогичным образом получают закалённое стекло — однако у него нет того хвостика, за который можно сломать оболочку (точнее, такими «хвостиками» являются углы с наибольшей кривизной). Если оболочку всё-таки удастся сломать (например, вставив стакан из такого стекла в другой стакан и нагрев, или ударив по торцу листа из такого стекла), возможен такой же «взрыв».

Применение

Несмотря на прочность самой капли, прикладное их применение не задокументировано. Их слабое место — хвост: его очень легко сломать. После надлома хвоста тело капли раскрошится само, поэтому прикладная ценность капель почти нулевая.

См. также

• Слёзы Пеле
• Закалённое стекло
• Триплекс

Примечания

Литература

• Транковский .С. // Наука и жизнь. — 2006. — № 2 .
• Леенсон И. А. . — Directmedia, 2014. — С. 202—204. — 320 с. — ISBN 5445846229 .
• Johann Beckmann. . — H.G. Bohn, 1846. — Vol. 2. — P. 241—245.

Ссылки

• // lenta.ru, 10 мая 2017
• (англ.) . Дата обращения: 6 июля 2016.
• (англ.) . Corning Museum of Glass. Дата обращения: 6 июля 2016.
• (неопр.) . Дата обращения: 6 июля 2016.
• (англ.) . Дата обращения: 29 декабря 2016.