Tyrėjai galiausiai atsakė į 400 metų kamavusį klausimą: Kodėl buožgalvius primenantys, vadinamieji „Princo Ruperto lašai“, tokie stiprūs?

Princo Ruperto lašus pasigaminti paprasta – tereikia iki raudonumo įkaitinto lydyto stiklo lašus įmesti į vandenį. Tyrėjai seniai bandė suprasti, kas suteikia šiems lašams tokias neįprastas savybes, tačiau tik visai neseniai moderniomis technologijomis tyrėjams pavyko nuodugniai ištirti šį klausimą.

Tačiau klausimas, kaip įtampa pasiskirsčiusi Princo Ruperto laše pasiskirsčiusi, liko atviras. Įtampų pasiskirstymo supratimas visapusiškiau paaiškintų, kodėl šių lašų storgaliai tokie stiprūs.

Siekdami tai išsiaiškinti, Chandrasekaras ir Chaudhri pradėjo bendradarbiauti su Hillaru Abenu, Talino Technologijos universiteto profesoriumi. Abenas specializuojasi liekamųjų įtempių nustatymu skaidriuose trimačiuose objektuose, tokiuose, kaip princo Ruperto lašuose.

Naujame tyrime, publikuotame Applied Physics Letters, Abenas, Chandrasekaras, Chaudhri, ir jų bendraautoriai įtampų pasiskirstymą princo Rupert lašuose tyrinėjo transmisiniu poliariskopu – tam tikru mikroskopu, kuriuo matuojamas ašies atžvilgiu simetriškų objektų, tokių, kaip princo Ruperto lašas, dvigubas šviesos laužimas (angl. birefringence).

Eksperimentuodami, tyrėjai skaidriame skystyje panardintą princo Ruperto lašą ir apšviesdavo jį raudonu LED. Poliariskopu tyrėjai matuodavo per medžiagą sklindančios šviesos optinius iškraipymus, ir tada, remdamiesi šiais duomenimis, nustatė įtempių pasiskirstymą visame laše.

Rezultatai parodė, kad lašų galvutėse paviršiaus kompresinė įtampa daug didesnė, nei anksčiau manyta – slėgis gali siekti iki 700 megapaskalių, tai yra beveik 7 000 daugiau už atmosferos slėgį. Šis paviršinis kompresinis sluoksnis yra plonas, apie 10% galvutės diametro storio.

Kaip aiškina tyrėjai, dėl tokio didelio slėgio lašai labai atsparūs skilimui. Norint lašą sudaužyti, reikia sukurti įskilimą vidinėj lašo įtampos zonos viduje. Kadangi įskilimai paviršiuje paprastai plečiasi paraleliai paviršiui, įtempio zonon jie patekti negali. Todėl lengviausia lašą sudaužyti pažeidus uodegėlę – šioje sukrėtimo vietoje atsiradę įskilimai patenka į įtempio zoną.

Tyrėjai mano, kad tyrimo rezultatai pagaliau pakankamai išsamiai paaiškina nepaprastojo princo Ruperto lašo stiprumo fenomeną.

„Šis darbas visiškai paaiškina, kodėl lašo galvutė tokia stipri,“ Chaudhri sakė Phys.org. „Esu tikras, dabar išsprendėme daugumą svarbiausių šios srities aspektų. Tačiau netikėtai gali kilti naujų klausimų.“

Lisa Zyga
phys.org

Daugiau informacijos: H. Aben et al. "On the extraordinary strength of Prince Rupert's drops." Applied Physics Letters. DOI: 10.1063/1.4971339

Komentarai ()