Kape princa Ruperta so od 17. stoletja zmedle znanstvenike. Kapljice izdelamo tako, da kroglico staljenega sode ali apnenčevega kozarca namočimo v hladno vodo, ki tvori kos steklene oblike. Medtem ko je glava kapljice neverjetno močna in se lahko upira vsemu, od udarca kladiva do pospeševanja nabojev, lahko že samo puščanje repa kristala povzroči, da se vsa stvar razbije v prah. Kot poroča David Szondy iz New Atlasa, so raziskovalci končno ugotovili skrivnosti teh kapljic.
Leta 1994 so raziskovalci uporabili fotografije visoke hitrosti, da bi posneli in analizirali način razbijanja kapljic, poroča Lisa Zyga za Phys.org. Ugotovili so, da ima površina kaplje visok pritisk, medtem ko je notranjost kapljic pod visoko napetostjo. Čeprav ima ta kombinacija glavo zelo močno, ni v ravnovesju, kar pomeni, da že rahla motnja na repu povzroči, da se celotna stvar destabilizira in razpade. V resnici se razpoke premikajo s 4.000 miljami na uro, kar praši steklo.
Toda šele v zadnjem tehnološkem napredku so raziskovalci lahko podrobno preučili porazdelitev stresa. Za raziskovanje napetosti v kozarcu so uporabljali vrsto mikroskopa, ki je znan kot prenosni polariskop. S pošiljanjem rdeče LED luči skozi kapljico, medtem ko je bila potopljena v bistro tekočino, so lahko izmerili, kako napetosti v kapljici upočasnjujejo svetlobo. Celoten učinek je mavrična optična karta sil v kapljici. Z uporabo matematičnih modelov so raziskovalci izračunali različne notranje in zunanje sile. Svoje rezultate so predstavili lani v reviji Applied Physics Letters.
Stresi po vsej kapljici princa Ruperta (Aben in sod. / Ameriški inštitut za fiziko) Izračunano je bilo, da je stiskalna napetost okoli glave kapljice med 29 do 50 ton na kvadratni palec, zaradi česar je steklo tako močno kot nekatere vrste jekla. Toda ta moč obstaja le v tanki plasti, ki je le deset odstotkov premera glave.
Da bi prebili kapljico, se mora razpoka prebiti skozi to plast in doseči območje notranje napetosti. Toda zunanja plast je tako močna, da večina razpok samo tvori pajkovo mrežo vzdolž površine. Rep pa je že druga zgodba. Ta tanki delček stekla se zlahka zlomi, kar zagotavlja neposredno povezavo z občutljivim notranjim napetostnim območjem. Ko se razbije, se preostanek stekla razbije.
Oblikovanje območij moči in šibkosti je povezano s tem, kako se kapljice oblikujejo. "Površina kapljic se ohladi hitreje kot notranjost, kar ustvarja kombinacijo tlačnih napetosti na površini in kompenzira natezne - ali vlečne - napetosti v notranjosti kapljic, " so zapisali v sporočilu za javnost.
"Natezna napetost je tisto, kar običajno povzroči zlom materiala, podobno kot pretrganje lista papirja na pol, " je v sporočilu za javnost povedal avtor prispevka Koushik Viswanathan z univerze Purdue. "Toda če lahko natezno napetost spremenite v stisljiv, potem razpoke postane težko naraščati, in to se zgodi v glavi kapljic princa Ruperta."
Raziskovalci so se nad temi kapljicami zagovarjali že približno 400 let. Ime so poimenovali po nemškem princu Rupertu, ki je Angliji Karlu II dal pet nenavadnih kapljic. Od takrat so znanstveniki poskušali ugotoviti, kaj naredi kapljice tako močne. Ljudje so poskušali vse, da bi razbili te nore steklene cunje od streljanja kapljic do trganja v hidravlične stiskalnice. Toda ti poskusi so znani po več kot le zabavi ob poskusu uničenja struktur (čeprav je gledanje precej zabavno).
Kot poroča Andrew Liszewski v podjetju Gizmodo, bi učenje o kapljicah lahko privedlo do novih vrst stekla, ki so odporna proti trebuhu, in kar je najpomembneje, do nezložljivih zaslonov mobitela.
