Kropla księcia Ruperta. Wiadomo, dlaczego jest aż tak wytrzymała

Wyglądają jak przezroczyste kijanki, są wykonane ze szkła i mają niezwykłą właściwość, którą próbowano zrozumieć już w XVII stuleciu. Zagadkę wytrzymałości kropli księcia Ruperta udało się rozwikłać dopiero po około 400 latach. Dlaczego uszkodzenie ogona może je zniszczyć, a główka przetrzyma nawet uderzenie młota?

Spis treści:

Co to jest kropla księcia Ruperta?
Współczesne eksperymenty. Zagadka wyjaśniona po ok. 400 latach

Co to jest kropla księcia Ruperta?

Krople księcia Ruperta wyglądają jak przezroczyste kijanki i zadziwiają swoją wytrzymałością. Wiadomo, że powstają ze stopionego szkła, które jest szybko chłodzone w zimnej wodzie. Główka może wytrzymać uderzenie młota. Słabym punktem jest ogon, którego pęknięcie niszczy całą kroplę.

Miał je wynaleźć niemiecki książę, siostrzeniec angielskiego króla Karola I, żołnierz i naukowiec, którego imię noszą. Choć można też znaleźć informacje, że krople są o wiele starsze, a pierwsze zapiski dotyczące tak, lub podobnie hartowanego szkła pochodzą z lat 20. XVII wieku z Meklemburgii.

Pewne jest, że w 1661 roku książę Rupert zaprezentował krople w komnatach Royal Society (brytyjskim towarzystwie naukowym). Zadziwiające właściwości tego szkła próbował zrozumieć Robert Hooke – jeden z najsławniejszych eksperymentatorów XVII wieku.

Przeczytaj również: Eksperyment deprywacyjny. Tak testowano dzieci na zlecenie cesarza Fryderyka II

Współczesne eksperymenty. Zagadka wyjaśniona po ok. 400 latach

Jednak odpowiedź na pytanie, w czym dokładnie tkwi sekret niezwykłej wytrzymałości kropli księcia Ruperta, dają dopiero współczesne badania. W latach 90. XX wieku Srinivasan Chandrasekar i M. Munawar Chaudhri – naukowcy, którzy zajmowali się materiałami – dzięki dostępnej technologii zaobserwowali, co dzieje się po uszkodzeniu ogona kropli. Zobaczyli, jak szybko pojawiają się linie pęknięć. Określili też wielkość warstwy powierzchniowej kropli.

W XXI wieku zespół naukowców m.in. z USA i Wielkiej Brytanii wykorzystał wiązkę spolaryzowanego światła, aby odkryć, że tajemnica kropli księcia Ruperta tkwi w czymś więcej niż tylko wytrzymałości powłoki. W tym celu umieścili kroplę w cieczy o takim samym współczynniku załamania światła jak szkło. Dzięki użyciu spolaryzowanej wiązki czerwonego światła, które przenikało przez ciecz i kroplę, mogli zobaczyć więcej niż kiedykolwiek wcześniej.

Najnowszy eksperyment pokazał, że główka kropli Ruperta ma naprężenie ściskające do 700 megapaskali (to ok. 7 tys. razy ciśnienie atmosferyczne). Co ciekawe warstwa ściskająca to 10 proc. średnicy główki. To dlatego jest ona aż tak wytrzymała, a jej zniszczenie jest możliwe wtedy, gdy pęknięcie wejdzie w strefę napięcia. Uszkodzenie ogona jest najłatwiejszym sposobem, aby to zrobić.