Po skoraj 400 letih odkrili skrivnost kapelj princa Ruperta

Zakaj jim pravijo kaplje princa Ruperta? Zato, ker je prvi znanstveno dokumentirani primerek v Veliko Britanijo leta 1660 prinesel nemški princ Rupert Renski. Rupert je veljal za multipraktika, bil je vojak in pozneje admiral, znanstvenik, športnik in umetnik. Foto: Thomas Hilmes/Wikimedia Commons

Na spletu je več videoposnetkov, narejenih s superhitrimi kamerami, ki prikazujejo dvoboj naboja in kaplje Princa Ruperta. Nemalokrat se bitka konča v prid debele glave, paglavcu podobne steklene tvorbe, naboj, ki se vanjo zaleti z več sto metri na sekundo, pa dobesedno raznese.

Kot vidimo na zgornji animirani sličici, jo skupi tudi kaplja princa Ruperta, a šele po tem, ko opravi z nabojem. Njena edinstvena lastnost je namreč, da je debelejši del neverjetno odporen, tanek rep pa je ne le zelo krhek, temveč tudi šibka točka kaplje Princa Ruperta.

Ko udarni val naboja pripotuje do repa, se ta v trenutku raztrešči in s sabo v uničenje potegne preostanek kaplje princa Ruperta.

Kako krhek je rep kaplje princa Ruperta? Da poči, je dovolj le, da ga narahlo zamajemo:

Razlog za hkratno neuničljivost in izredno lomljivost so zelo močne in malce nenavadne sile znotraj steklene tvorbe, ki jih povzroči način nastanka kaplje. Narediti jo je razmeroma preprosto: steklo z visokim koeficientom toplotnega raztezanja, to pomeni, da se razširi, ko mu je vroče, je treba staliti in ga nato vliti v mrzlo vodo.

Med zelo hitrim procesom ohlajanja, ki se mu reče kaljenje, se steklu temperatura zniža neenakomerno, zunanji sloj se ohladi hitreje kot notranji del.

Skupina ameriških, britanskih in estonskih znanstvenikov je v raziskavi, objavljeni 10. maja, ugotovila, da se to odraža v gromozanskih silah v zunanjosti in notranjosti debelejšega dela kaplje. Zunanji del pritiska, notranji vleče k sebi. Druga sila je praviloma tista, zaradi katere je steklo krhko, a pri kaplji zaradi zunanjih sil preprosto ne more počiti.

Nenavadno razmerje med silami kaplji princa Ruperta omogoča prenašanje udarcev s kladivom, izpostavljenost strelnemu orožju in stiskanje s hidravlično prešo. Na sliki grafični prikaz zunanjih slojev, ki obdajajo jedro glave kaplje princa Ruperta. Znanstveniki so izračunali, da zunanji del na sredico pritiska s skoraj 10 tonami na kvadratni centimeter. Glede na ta podatek se lahko kaplja princa Ruperta, a le njena glava, po trdoti primerja z nekaterimi vrstami jekla. | Foto: Univerza Purdue

Rep kaplje princa Ruperta je v primerjavi z glavo sorazmerno krhek in zato zelo neodporen na kakršne koli zunanje dejavnike. Če rep poči, kar se zgodi že, če ga malce zamajemo, se razpoka s hitrostjo tudi več kot šest tisoč kilometrov na uro začne širiti proti glavi, pri čemer sprošča omenjene velikanske sile. Sliši se tudi značilno pokljanje.

Kaplja princa Ruperta izgine v trenutku:

Od repa je odvisen obstoj kaplje princa Ruperta: če se poškoduje, kar se zgodi hitro, skoraj ni možnosti, da bi glava in z njo vsa kaplja ostali celi. Izjemoma se sicer lahko zgodi, da razpoka ne doseže dela kaplje, kjer na notranjost pritiskajo velikanske sile iz zunanjega sloja. Kaplja, ki je ob strelu iz revolverja preživela zlomljen rep.

Zakaj znanstvenike sploh zanimajo kaplje princa Ruperta?

Foto: Univerza Purdue Razumevanje sil, ki so v različnih scenarijih potrebne za lomljenje stekla, lahko znanosti pomaga pri razvoju na poškodbe bolj odpornega stekla. Če bi naredili steklo z dobrimi lastnostmi kapelj princa Ruperta in z nobeno slabo, bi to povzročilo revolucijo v svetovnem merilu. Pametni telefon, ki ga lahko vržeš ob steno ali iz petega nadstropja, pa zaslon ostane cel, bi bil samo začetek.

Oglejte si še nekaj zanimivih in zabavnih poskusov s kapljami princa Ruperta:

Vir: Raziskava univerze Purdue