Принц руперт металл. Капля принца руперта
Знаете? Признаюсь честно, я не знал. Но судя по информации в интернете это давняя и очень популярная тема! Подумайте, на что это похоже? Расскажете потом в комментариях, а мы сейчас посмотрим во всей красе на этот процесс, а кто знал - может быть узнают подробности!
Это одно из интересных свойств стекла, которое в народе принято называть « каплями принца Руперта » (также известнее как шары Руперта или голландские слезы)
Сделать каплю Принца Руперта - очень просто. Достаточно просто взять раскаленное стекло и капнуть его в ведро воды. В результате того, что вода быстро охлаждает внешнюю поверхность стекла, внутри температура остается значительно высокой. Когда стекло наконец охлаждается, оно сжимается в оболочке уже твердой внешней оболочки. Благодаря такому сжиманию, создается очень сильное сжимающее напряжение на внешней части, тогда как внутренняя часть находится в состоянии растягивающего стресса. В итоге мы имеем что-то в виде закаленного стекла, хотя и не совсем.
Но что же удивительного в капле Принца Руперта? В отличие от обычного стекла, данную каплю нельзя разбить даже очень сильно ударив молотком - по крайне мере если бить по основной части "капли". В то же время, если слегка повредить "хвост" слезы, то она взрывается словно граната - однако увидеть это можно лишь при помощи камеры способной снимать со скоростью 100,000 кадров в секунду. Именно это вы можете увидеть на ролике выше.
Скорость движения разлома составляет примерно 4 тысячи 200 км в час.
А что же это за принц такой? И это мы сейчас узнаем!
У принца Руперта, кузена короля Карла II, титулов было примерно столько же, сколько и природных талантов: пфальцграф Рейнский, герцог Баварский, граф Холдернесс, герцог Камберлендский, по совместительству кавалерист, моряк, ученый, администратор и художник.
Его отец, Фридрих фон Пфальц, был королем Чехии ровно одну зиму, а всю последующую жизни провел в Голландии. Еще в детстве Руперт овладел основными европейскими языками, демонстрировал хорошие математические способности и талант рисовальщика. Военную карьеру Руперт начал в 14 лет, сопровождая принца Оранского при осаде Ринберга. Через два года, во время вторжения в Брабант, он поступил на службу в гвардию принца, а в следующем году вместе со старшим братом побывал с визитом у английских родственников, произведя на Карла Первого чрезвычайно благоприятное впечатление. Из этой поездки он возвратился с почетной степенью магистра искусств, присвоенной высокому гостю в Оксфорде.
В 1637 году Руперт участвовал в осаде Бреды, после вместе с братом и отрядом шотландских наемников отправился воевать в Вестфалию, где осенью 1638 года попал в плен. До 1641 года он протомился в заключении, и в это время лорд Арундел, английский посол в Вене, подарил принцу собачку, которая позже обрела громкую славу.
Это был белый пудель, якобы контрабандой вывезенный из Турции, где султан запретил иностранцам приобретать собак этой породы. "Было чрезвычайно любопытно наблюдать, как этот дерзкий и беспокойный человек забавлялся, обучая собаку дисциплине, которой никогда не знал сам". Пудель, получивший незатейливую кличку Бой, неизменно сопровождал Руперта до самой своей смерти в битве при Марстон Муре. Пуделя охотно вспоминали в памфлетах "круглоголовых", например, на одной гравюре он изображен рычащим на членов парламента, распущенного Кромвелем. Бой пользовался множеством привилегий - спал в хозяйской постели, пользовался услугами большего количества цирюльников, чем сам Руперт, и получал самые лакомые кусочки из рук короля Карла, который снисходительно позволял Бою сидеть в своем кресле. По слухам, пес был очень смышленый. Так, при слове "Карл" он начинал радостно прыгать и очень любил слушать литургию, поворачивая морду к алтарю. Это, очевидно, и вызвало слухи о том, что за Рупертом в виде Боя следует дух, мол, собачка умеет становиться невидимой и участвует в сеансах некромантии, проводимых ее хозяином. И убит бедняга Бой был, как говорят, серебряной пулей.
Возвратимся к принцу:) Помимо дрессировки Боя в годы заточения Руперт также вел богословские беседы с духовниками, сопротивляясь попыткам обратить его в католицизм, совершенствовал свои навыки гравера, читал книги по военному искусству и завел роман с дочкой губернатора. Благодаря усилиям Карла Первого Руперт получил свободу с условием больше никогда не обращать оружие против императора. В августе 1642 года принц со своим младшим братом Морицем прибыл в Англию во главе отряда английских и шотландских ветеранов континентальных войн, чтобы выступить на стороне короля в гражданской войне с парламентом. Пожалованный орденом Подвязки, Руперт встал во главе королевской кавалерии, однако вскоре радость от его приезда стала уже далеко не всеобщей. Хотя Руперт был опытным солдатом, ему была присуща юношеская пылкость, которая наравне с иностранными манерами отталкивала солидных советников короля. В частности, их объяснимое недовольство вызвало заявление принца, что получать приказы он желает исключительно от своего августейшего дяди. Молодечество сослужило Руперту скверную службу. В битве при Эджхилле в октябре 1643 года его кавалерия полностью разгромила парламентскую, но, увлекшись преследованием, Руперт покинул поле боя, таким образом лишив силы роялистов шанса нанести решающее поражение круглоголовым.
Принц проявил недюжинную энергичность, совмещая административную работу с ведением военных действий на протяжении 1643-44 годов: взял Бристоль, управлял Уэльсом, снял осаду с Йорка... После поражения при Марстон Муре Руперт встал во главе армии роялистов, номинально предводительствуемой принцем Уэльским. Внутренние разногласия и ряд объективных причин привели к поражению при Нейсби, после чего Руперт усомнился в успешном для короля исходе войны и посоветовал Карлу идти на соглашение с парламентом. Это было расценено как злой умысел, в котором король окончательно убедился после того, как принц сдал Бристоль парламентским войскам. Король отправил Руперта в отставку, тот явился в Ньюарк и потребовал судебного разбирательства, в результате которого ему было возвращено честное имя, но не командование. В 1646 году принцы Руперт и Мориц были высланы из Англии уже по приказу парламента.
На континенте Руперт возглавил отряды англичан-эмигрантов, поступивших на французскую службу, и командовал ими в военных действиях против Испании. После начала второй гражданской войны в Англии принц с переменным успехом попробовал себя в роли моряка. В 1649 году они с Морицем получили под командование 8 кораблей и отправились в Ирландию под начало маркиза Ормонда, где продолжил славную английскую традицию - грабил чужих и передавал награбленное своим. Парламентский адмирал Блейк был откомандирован положить конец этим бесчинствам, и Руперт отплыл в Португалию, где ему обещали приют, однако Блейк нагнал его в порту Лиссабона. Изобличенный как пират, принц отправляется в вольное плавание по Средиземноморью и Атлантике. Весной 1652 г. Руперт плавал к берегам Западной Африки, где был ранен в бою с аборигенами. Он отплыл в Вест-Индию летом 1652, и обнаружил, что роялистский анклав на Барбадосе, где он надеялся найти убежище, капитулировал перед Содружеством. Осенью, по пути с Виргинских островов, в буре погибли два из четырех кораблей Руперта, одним из них командовал Мориц. Подавленный смертью брата, принц возвратился в Европу в 1653 году.
Руперт был тепло встречен при дворе короля-изгнанника Карла II в Париже, однако любезности таяли пропорционально тому, как выяснялась точная сумма добычи, привезенной им из Вест-Индии. Разочарованный принц провел следующие шесть лет в безвестности, успев рассориться из-за наследства со старшим братом.
После реставрации Карла II в 1660 году Руперт вернулся в Англию и был хорошо принят королем, несмотря на прежние разногласия. Он получил ежегодную пенсию и назначен в Тайный совет в 1662 году, предметом его особой обеспокоенности было состояние военно-морского флота. Руперт также проявил интерес к зарубежным коммерческим предприятиям, став первым губернатором Компании Гудзонова залива в 1670 году. Территория, предоставленная Компании, была названа "Земля Принца Руперта" в его честь. Был он и активным акционером Африканской компании. Вклад Руперта в развитие торговли был отмечен именным камнем, положенным в основание новой Королевской биржи. Принц как адмирал принимал активное участие во Второй и Третьей англо-голландских войнах, сыграв значительную роль в битве при Лоустофте и в победе в день святого Иакова (25 июля 1666). С 1673 года Руперт посвятил себя административной работе в адмиралтействе. Он умер в возрасте 62 лет в 1682 году и с почестями похоронен в Вестминстере.
Продолжая проявлять интерес к научным экспериментам, Руперт стал одним из основателей Королевского общества. В частности, он экспериментировал с производством пороха (предложенный им способ делал порох в 10 раз эффективнее), пытался усовершенствовать ружья, изобрел сплав, известный как "металл принца", а также разработал приспосбление для, так сказать, глубоководных погружений:) Принц сформулировал математическую проблему о "кубе Руперта", достиг известных успехов как шифровальщик, построил водяную мельницу на Хакнийских болотах, разработал морское орудие, которое назвал Rupertinoe, придумал механизм, обеспечивающий баланс квадранта при измерениях на борту корабля, пытался усовершенствовать хирургические инструменты и был автором незаурядных гравюр.
Что касается личной жизни, то Руперт никогда не был женат, однако оставил по себе двоих незаконнорожденных детей: сына Дадли (1666) от Фрэнсис Бэрд и дочь Руперту (1673) от актрисы Маргарет Хьюз (Хьюджес). Последняя именно благодаря связи с Рупертом стала первой профессиональной актрисой в английском театре, в 1669 году Маргарет наравне с мужчинами актерами пользовалась привилегией "королевских слуг" - ее не могли арестовать за долги. Это было очень кстати, потому что образ жизни она вела расточительный. За время их связи Руперт подарил ей драгоценностей на 20 тысяч фунтов, причем среди них были и фамильные украшения Пфальцев, а также приобрел для Маргарет особняк еще за 25 тысяч. Руперту нравилась семейная жизнь - или ее подобие - он с удовольствием отмечал, наблюдая за маленькой дочерью:"Она уже правит всем домом и иногда даже спорит со своей матерью, что смешит всех нас". Существует мнение, что Маргарет стала морганатической женой Руперта. Свое имущество он завещал поровну ей и дочери.
Условно выделим в капле наружный слой и внутреннее ядро. Капля охлаждается с поверхности, и ее наружный слой сжимается и уменьшается в объеме, пока ядро остается жидким и горячим.
После того как внутри шарика понизится температура, начнет сжиматься и ядро. Но процессу будет сопротивляться уже твердый наружный слой. С помощью межмолекулярных сил притяжения он цепко держит ядро, которое, остыв, вынуждено занимать больший объем, чем, если бы оно охладилось свободно.
В результате на границе между наружным слоем и ядром возникнут силы, тянущие наружный слой внутрь, создавая в нем напряжения сжатия, а внутреннее ядро - наружу, создавая в нем напряжения растяжения.
Эти напряжения при слишком быстром охлаждении очень велики. Так что внутренняя часть шарика может оторваться от внешней части, и тогда в капельке образуется пузырек.
Очень высокое остаточное напряжение приводит к появлению необычных качеств, например таких, как способность выдерживать удар молотком по головной части капли принца Руперта, не нарушая ее целостность.
А вот если слегка повредить хвостик, то капля разрушается с огромной скоростью. Разрушение происходит со скоростью 1658 метров в секунду, что составляет примерно 5968,8 километров в час.
Английская знать ХVII века слыла любознательной и не чуралась науки. Король Карл II так даже и умер от увлеченности алхимией: уже в наше время в его волосах обнаружили ртуть в концентрации, несовместимой с жизнью. Кузен Карла II, принц Руперт, славился страстью к научным диковинам как теоретического, так и практического характера.
Этот-то принц Руперт, он же герцог Рупрехт фон дер Пфальц, привез в Лондон стеклянные отливки в форме капель с длинными искривленными хвостиками. Преподнеся их в дар королю, Руперт рассказал, что это – недавнее германское изобретение, и что прочность стеклянных капель превосходит прочность стали.
Способ производства Руперт от короля скрыл, сославшись на незнание. Хотя теперь мы понимаем: молчал принц исключительно ради пущей таинственности…
Карл II отдал полученные капли на анализ в Королевское Научное Общество. С этого момента и началась слава капель Руперта.
Свойства капли Руперта
Прочность невиданных дотоле стекляшек удивила английских ученых. Капля Руперта выдерживала даже удар дюжего кузнеца, причем на стали наковальни и молота оставались вмятины. Разве может стекло обладать подобной твердостью и прочностью? – дивились придворные ученые. 
Прочность стеклянных капель Руперта была, однако, неравномерной. Если головка капли выдерживала любой удар, хвостик – особенно кончик хвостика – отличался высокой уязвимостью. Самое странное, что разрушение хвостика вело к моментальному распаду всей стеклянной отливки! Причем распаду взрывному, с мгновенным разлетом мельчайших осколков!
Члены Королевского Научного Общества разослали письма с вопросом о природе необычного стекла во все доступные пределы. Популярность необычной игрушки среди лондонской знати стала расти. Принц Руперт сделал неплохой бизнес, то продавая удивительные стеклянные капли задорого, то укрепляя связи при помощи интересных подарков.
Вскоре ситуация стала проясняться…
Капли Руперта родом из …?
Принц никогда не настаивал на своем авторстве забавной безделушки, а честь изобретения стеклянных капель приписывал немецким ремесленникам. Выяснилось, однако, что в близкой Голландии подобные диковины знают давно – знают и делают на потеху публике. Мало того, голландцы возят капли стекла по свету, и везде их зовут «батавскими слезками», по имени верфи «Батавия» на берегу залива Зейдерзее. 
По сведениям, полученным от голландцев, датчане начали забавляться каплями Руперта раньше немцев – но в Данию секрет изготовления прочных стеклянных отливок пришел из Италии. Весь юг Европы знает их как «болонские склянки» и ничего сложного в изготовлении капель из стекла не видит.
Капли Руперта – это просто!
Чтобы получить капли характерной формы и небывалой прочности, сообщили стеклоделы, достаточно разогретое до текучей вязкости стекло капнуть в емкость с холодной водой. Затвердевшая отливка и есть болонская склянка, она же капля Руперта – с точки зрения серьезных ремесленников пустая безделица и перевод дорогого материала. 
Проведя ряд опытов, ученые лондонского Королевского Общества определили: для получения наиболее удачных капель Руперта стекло следует брать возможно более чистое, и нагревать его не выше чем до степени полного размягчения – иначе упавшая в воду капля покрывается трещинами.
На том и удовлетворились…
Современный взгляд на капли Руперта
Физика объясняет появление капель Руперта результатом давно известной закалки – технологии, широко применимой к изделиям из стали, но в данном случае касающейся стекла. Аморфное по своей структуре, полужидкое стекло затвердевает без кристаллизации, но с уменьшением объема. 
Быстрое остужение стеклянной капли в среде, эффективно понижающей температуру, приводит к уплотнению наружных слоев тела, сжатию массива с одновременным растяжением еще горячей сердцевины отливки.
Прочность капли Руперта вовсе не беспредельна , и всего лишь вчетверо превышает прочность стекла, изготавливаемого по обычным технологиям. Однако показатели прочности сильно зависят от состава стеклянной шихты, и плотное кварцевое стекло в закаленном виде и капельной форме действительно способно противостоять ударам кузнечного молота.
Но только если не бить по тонкому хрупкому хвостику капли Руперта!
Разбить каплю Руперта
Разбить каплю Руперта несложно. Если отломить, отбить, отстрелить тонкий стеклянный хвостик капли Руперта, она вся и мгновенно разлетается практически пылью! Причем скорость и дистанция разлета мельчайших осколков капли таковы, что опасность поражения кожи и глаз наблюдателя – весьма реальна. 
Именно поэтому, кстати, в стародавней Европе капля Руперта довольна быстро перекочевала из разряда забавных диковин в разряд опасных развлечений.
Современные экспериментаторы не прекращают опытов с каплями Руперта. Особенно зрелищными выглядят попытки разрушения стеклянных капель выстрелом из винтовки. Мягкая свинцовая пуля бьет по головке капли Руперта с силой, значительно превышающей силу удара кузнечного молота, однако разбить закаленное стекло пуля не в силах.
Возникающая в стеклянном массиве ударная волна оказывается губительной для тонкого хвостика капли Руперта. Когда колебательный импульс проходит по тонкому стеклу, возникают быстро расширяющиеся трещины. Со скоростью более чем 1 км/с трещины разрастаются по всему телу капли, множатся, расширяются и фактически взрывают стекло.
Взрывное свечение капли Руперта
Особенно интересным видится световой всполох, сопровождающий волну распада закаленного стекла. Явление свечения такого рода носит название триболюминесценции. Возникает триболюминесценция, в отличие от привычной люминесценции, не в толще материала, а в пограничной среде.Голубовато-красные всполохи триболюминесценции распадающейся капли Руперта суть есть свечение атомов атмосферных газов, возбуждаемых слабыми электрическими разрядами. Генерируется электричество молекулами
