Una gota de prince rupert. La paradoja de la caída del príncipe Rupert

), o "lágrimas danesas". El cabezal de la gota es increíblemente fuerte, es muy difícil dañarlo mecánicamente por compresión: incluso los golpes fuertes de un martillo o una prensa hidráulica no lo dañan. Pero vale la pena romper ligeramente la frágil cola, y toda la gota en un abrir y cerrar de ojos se dispersará en pequeños fragmentos.

Esta curiosa propiedad de una gota de vidrio se descubrió por primera vez en el siglo XVII en Dinamarca o en Holanda (de ahí su otro nombre: lágrimas de Batavia) o en Alemania (las fuentes son contradictorias), y lo inusual se extendió rápidamente por toda Europa como un juguete divertido ... La gota recibió su nombre en honor al comandante en jefe de la caballería real inglesa, Rupert del Palatinado, conocido popularmente como el príncipe Rupert. En 1660, Rupert de Palatinado regresó a Inglaterra después de un largo exilio y trajo consigo gotas de vidrio inusuales, que presentó a Carlos II, quien las entregó a la Royal Society de Londres para su investigación.

La tecnología para hacer la gota se mantuvo en secreto durante mucho tiempo, pero al final resultó que era muy simple: simplemente deja caer el vidrio fundido en un balde de agua fría. Esta simple tecnología es el secreto de la fuerza y ​​la debilidad de la gota. La capa exterior de vidrio se solidifica rápidamente, disminuye de volumen y comienza a presionar el núcleo todavía líquido. Cuando la parte interior también se enfría, el núcleo comienza a encogerse, pero ahora esto es contrarrestado por la capa exterior ya congelada. Con la ayuda de fuerzas de atracción intermoleculares, sostiene el núcleo enfriado, que ahora se ve obligado a ocupar un volumen mayor que si se enfriara libremente. Como resultado, surgen fuerzas opuestas en el límite entre las capas externa e interna, que tiran de la capa externa hacia adentro y se forma una tensión de compresión en ella, y núcleo central- hacia afuera, formando una tensión de tracción. En este caso, la parte interior puede incluso desprenderse de la exterior, y luego se forma una burbuja en la gota. Esta oposición hace que la caída sea más fuerte que el acero. Pero si, sin embargo, daña su superficie, rompiendo la capa exterior, la fuerza de tensión latente se liberará y una ola rápida de destrucción se extenderá desde el lugar del daño a lo largo de toda la caída. La velocidad de esta onda es de 1,5 km / s, que es cinco veces velocidad más rápida sonido en la atmósfera terrestre.

El mismo principio subyace en la fabricación de vidrio templado, que se utiliza, por ejemplo, en vehículos. Además de una mayor resistencia, dicho vidrio tiene una gran ventaja de seguridad: si se daña, se rompe en muchos pedazos pequeños con bordes romos. El vidrio ordinario "crudo" se rompe en grandes fragmentos afilados, que pueden causarle lesiones graves. El vidrio templado se utiliza en la industria automotriz para las ventanas laterales y traseras. El parabrisas de los automóviles está fabricado multicapa (triplex): dos o más capas se pegan con una película de polímero que, al impactar, retiene los fragmentos y evita que se dispersen.

Veronica Samotskaya

La gota de Prince Rupert parece un renacuajo de vidrio creado por un soplador de vidrio novato, pero es tan fuerte que no se puede romper ni siquiera con un martillo. Sin embargo, basta con golpearlo ligeramente en la "cola" y se desmorona en polvo. Los científicos han estado tratando de encontrar la razón de cualidades tan inexplicables durante casi 400 años, y ahora un equipo de investigadores de la Universidad de Cambridge y Tallin. Universidad Tecnica Estonia finalmente tiene una respuesta.

Las lágrimas o gotas de Batavia del príncipe Rupert aparecieron por primera vez en el siglo XVII y se hicieron famosas cuando el príncipe Rupert de Baviera presentó cinco de estas baratijas al rey Carlos II de Inglaterra. Fueron donados a la Royal Society para su estudio en 1661, sin embargo, a pesar de casi cuatro siglos de investigación, solo ahora se ha encontrado una explicación para sus extrañas cualidades. Las gotas están hechas de vidrio fundido con un alto coeficiente de expansión térmica y se sumergen en un recipiente con agua fría. El vidrio fundido solidifica instantáneamente en su característica forma de gota.

Para estudiar las gotas de Prince Rupert, los científicos utilizaron una técnica en la que se coloca un objeto 3D transparente en un baño de inmersión para que la luz polarizada pueda pasar a través de él. Los cambios en la polarización de la luz dentro de un objeto corresponden a líneas de voltaje. El trabajo anterior de los físicos de Tallin y Cambridge, en 1994, implicó filmar la explosión de una gota a casi un millón de fotogramas por segundo. El video muestra cómo, después del daño en la "cola", las grietas se propagan gota a gota a una velocidad de unos 6.500 kilómetros por hora.

Un nuevo estudio ha demostrado que la tensión de compresión del vidrio en la "cabeza" de la gota es de aproximadamente 50 toneladas por pulgada cuadrada, lo que lo hace tan fuerte como el acero. Esto se debe a que la gota se enfría más rápido por fuera que por dentro. Por lo tanto, se inyecta una gran presión en el centro de la "cabeza" de la gota, que se compensa con el estiramiento.

Mientras estas fuerzas permanezcan en equilibrio, la gota es muy fuerte y puede soportar cargas significativas. Pero si se daña la “cola”, este equilibrio se viola y muchas pequeñas grietas se propagan paralelas a su eje. Esto sucede a una velocidad tan alta que parece una explosión.

Permítanme presentarles una de las propiedades interesantes del vidrio, que comúnmente se llama gotas (o lágrimas) de Prince Rupert. Si deja caer vidrio fundido en agua fría, se solidificará en forma de gota con una cola larga y delgada. Debido al enfriamiento instantáneo, la gota adquiere mayor dureza, es decir, no es tan fácil aplastarla. Pero si rompe una fina cola de tal gota de vidrio, estallará inmediatamente, esparciendo el polvo de vidrio más fino a su alrededor.

Las gotas de vidrio se inventaron en Alemania en 1625. En el siglo XVII, se creía que las lágrimas de vidrio se inventaron en Holanda, por lo que comenzaron a llamarse incorrectamente "holandeses". En Gran Bretaña, las lágrimas de vidrio se hicieron famosas gracias al duque británico Rupert del Palatinado. Se los presentó al rey Carlos II, quien, a su vez, los presentó a la Royal Scientific Society para su investigación. En honor al duque, las lágrimas de vidrio comenzaron a llamarse "gotas de Rupert". El método de hacer las gotas de Duke Rupert se mantuvo en secreto durante mucho tiempo. Se vendieron a todo el mundo, como juguetes divertidos.

Hoy en día, el mecanismo del "trabajo" de las lágrimas holandesas se ha estudiado a fondo. Si el vidrio fundido entra en agua fría, se solidifica rápidamente, acumulando una tensión mecánica increíble. Seleccionemos condicionalmente en una gota capa exterior y el núcleo interno. La gota se enfría desde la superficie y su capa exterior se comprime y se reduce de volumen, mientras que el núcleo permanece líquido y caliente.

Después de que la temperatura dentro de la bola desciende, el núcleo comienza a encogerse. Sin embargo, la capa exterior ya sólida resistirá el proceso. Con la ayuda de fuerzas de atracción intermoleculares, sostiene tenazmente el núcleo que, cuando se enfría, se ve obligado a ocupar un volumen mayor que si se enfriara libremente.

Como resultado, surgirán fuerzas en el límite entre la capa externa y el núcleo, tirando de la capa externa hacia adentro, creando tensiones de compresión en ella, y el núcleo interno hacia afuera, formando tensiones de tracción en él. Estos voltajes son muy importantes cuando se enfrían demasiado rápido. De modo que el interior de la bola se puede desprender del exterior y luego se forma una burbuja en la gota.

Si se viola la integridad de la capa superficial de la lágrima, la fuerza de tensión se liberará inmediatamente. La propia gota de vidrio solidificado es muy fuerte. Puede resistir fácilmente un golpe de martillo. Sin embargo, si le rompes la cola, colapsa tan rápidamente que parece más una explosión de vidrio.

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Sergey Ryzhikov

Las conferencias de Sergei Borisovich Ryzhikov con demostración de experimentos físicos se impartieron en 2008-2010 en el Gran Auditorio de Demostraciones de la Facultad de Física de la Universidad Estatal de Moscú. M.V. Lomonosov.

Nunca logramos encontrar la fuente principal de esta creencia generalizada: ni una sola hoja de papel se puede doblar dos veces más de siete (según algunas fuentes, ocho) veces. Mientras tanto, el récord de plegado actual es de 12 veces. Y lo que es más sorprendente, pertenece a la niña que fundamentó matemáticamente este "acertijo de la hoja de papel".

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La matemática Alexandra Skripchenko sobre el billar como sistema dinámico, los ángulos racionales y el teorema de Poincaré.

Giulio M. Ottino

Bidimensional simple movimiento periódico El fluido viscoso puede volverse caótico, lo que resulta en una mezcla eficiente. Los experimentos y las simulaciones por computadora aclaran el mecanismo de este fenómeno.

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Aristóteles y Galileo sobre la caída de los cuerpos. Fuerzas de fricción. Deslizándose y rodando. Estática, cinemática. Naturaleza vectorial de fuerzas y velocidades. Adición y descomposición. Independencia de acción y movimiento. Conservación del momento. Momento de fuerza y ​​momento de impulso. Giroscopios. Banco de Zhukovsky. Movimiento rotacional... Momento de fuerza y ​​momento angular en la versión plana de rotación. Rotación cuerpo solido y el momento de inercia. Trabajo, energía, leyes de conservación. Sistemas y fuerzas no inerciales. Efecto centrífugo. Fuerza Coriolis. El problema de Einstein con las hojas de té. Presión atmosférica. Las leyes de Pascal y Arquímedes. La paradoja de Arquímedes.

Es posible que haya experimentado sensaciones físicas extrañas en los ascensores de alta velocidad: cuando el ascensor sube (o se ralentiza cuando desciende), usted está presionado contra el suelo y le parece que pesa por un momento; y en el momento de frenar al subir (o comenzar al bajar), el piso del ascensor se sale literalmente de debajo de tus pies. Ellos mismos, quizás sin darse cuenta, están experimentando el efecto del principio de equivalencia de masas inertes y gravitacionales. Cuando el elevador se mueve hacia arriba, se mueve con aceleración, que se suma a la aceleración de la gravedad en el marco de referencia no inercial (acelerador) asociado con el elevador, y su peso aumenta. Sin embargo, tan pronto como el elevador recupera la "velocidad de crucero", comienza a moverse de manera uniforme, la "ganancia" de peso desaparece y su peso vuelve a su valor habitual. Por tanto, la aceleración tiene el mismo efecto que la gravedad.

Movimiento cuerpo físico en una dimensión no depende de su movimiento en las otras dos dimensiones. Por ejemplo, la trayectoria de un vuelo de bala de cañón es una combinación de dos trayectorias independientes: movimiento uniforme horizontalmente con la velocidad impartida a la bala de cañón, y movimiento vertical uniformemente acelerado bajo la influencia de la gravedad.

Vladimir Pavlov

Conceptos introductorios. El objetivo de la física. Principios y conceptos básicos. El concepto de espacio-tiempo. Los principios de la simetría espacio-tiempo. Principio dinámico. Acción. Función de Lagrange. Ecuaciones de Euler-Lagrange. Leyes de conservación. Teorema de Noether. Energía, impulso, momento. El problema de Kepler. Modelos. Formalismo hamiltoniano. Mapeo de Legendre. Función de Hamilton. Ecuaciones de Hamilton. Soporte de Poisson. Una formulación invariante de la mecánica.

El pozo que atraviesa la Tierra de principio a fin es un objeto virtual clásico, por cuyo ejemplo se puede estudiar simultáneamente la ley de la gravitación universal y las oscilaciones armónicas. Los físicos han estimado el tiempo de caída de un objeto en un pozo que pasa por el centro de la Tierra, teniendo en cuenta el efecto de la resistencia del aire en el pozo o la posible fricción contra sus paredes. Última calificación muestra que tomará al menos 1.8 años caer al centro de la Tierra.

Las moléculas del líquido experimentan las fuerzas de atracción mutua; de hecho, es gracias a esto que el líquido no se evapora instantáneamente. Las fuerzas de atracción de otras moléculas actúan sobre las moléculas dentro del líquido desde todos los lados y, por lo tanto, se equilibran mutuamente. Las moléculas en la superficie de un líquido no tienen vecinos en el exterior y la fuerza de atracción resultante se dirige hacia el interior del líquido. Como resultado, toda la superficie del agua tiende a encogerse bajo la influencia de estas fuerzas. En conjunto, este efecto conduce a la formación de la llamada fuerza de tensión superficial, que actúa a lo largo de la superficie del líquido y conduce a la formación de una película invisible, delgada y elástica sobre él.

La lágrima del príncipe Rupert, gotas de Batavia o holandesas, la lágrima del diablo son todos nombres de lo mismo fenómeno físico... La parte redonda de tal lágrima es vidrio resistente y su cola es su talón de Aquiles que, al romperse, convierte toda la estructura en polvo.

Las opiniones sobre el origen de las gotas de Prince Rupert son muy diversas. Algunas fuentes indican que fueron inventadas en 1625 en Alemania. Pero también se les llama "lágrimas de Batavia" y he aquí por qué.

Cómo se descubrió la gota del príncipe Rupert

Una vez en Holanda, un científico desconocido para nosotros realizó un interesante experimento. Derritió una barra de vidrio en un quemador potente y sacudió las gotas de líquido fundido en un recipiente con agua corriente. Las gotas de vidrio, congeladas en agua fría, adquirieron una forma extraña, que recuerda a renacuajos con una cabeza redonda y una fina cola serpenteante. El descubrimiento impresionó al investigador y le dio un nombre: Lágrimas de Batavia en honor a Batavia, el antiguo nombre de su tierra natal. Al final resultó que, el descubrimiento del científico no se limitó a esto, porque más tarde descubrió su propiedad más curiosa.

Se cree que el vidrio es un material bastante frágil. Pero la propiedad de estas gotas de vidrio es tal que incluso con numerosos golpes de martillo en la parte redondeada, no se rompen. En este caso, si durante el experimento esta gota se coloca debajo de la prensa sobre una placa de metal, quedará una huella en forma de gota en ella. Pero uno solo tiene que romper la punta de su delgada cola, y al instante explota en un millón de pequeños fragmentos.

De una forma u otra, las lágrimas de Batavia se hicieron ampliamente conocidas después de que el duque británico Rupert de Palatinado las presentara como un regalo extravagante al rey Carlos II de Gran Bretaña. El rey luego encargó a la Royal Scientific Society que investigara su naturaleza misteriosa y divertida. En honor al Príncipe del Palatinado, Batavian Tears comenzó a llamarse nada más que gotas de cristal del Príncipe Rupert. El método de su creación se mantuvo en el más estricto secreto durante mucho tiempo, pero todos podían comprarlos como un recuerdo divertido.

Por qué explota la gota de Prince Rupert

Hasta la fecha, las razones del comportamiento inusual de las gotas de vidrio ya han sido probadas científicamente. El hecho es que, al caer en agua fría, las gotas de vidrio se congelan rápidamente. En el interior de cada uno de ellos se genera una gran tensión mecánica. Si imaginamos que una gota consta de un caparazón y un núcleo, podemos entender que comienza a solidificarse primero en la superficie, es decir, su caparazón disminuye y se contrae mientras el núcleo sigue caliente y líquido.

Cuando la temperatura interna de la gota disminuye, el núcleo también comienza a encogerse, pero ahora surge la resistencia debido a la capa solidificada externa. Los enlaces intermoleculares estrechos le permiten apretar el núcleo, que ya ocupa un volumen mayor.

Surge una tensión muy fuerte entre la carcasa y el núcleo, respectivamente, compresión en la capa exterior y tensión, en la capa interior. Si el vidrio fundido se sumerge en agua demasiado fría, el nivel de estrés alcanzará un máximo y permitirá que el interior de la gota se separe del exterior formando una burbuja.

Son las fuerzas internas de compresión y tensión las que resisten cualquier fuerza de impacto. Al romper la "cola" de la gota, destruiremos la capa superior, lo que permitirá que la presión de tracción interna trabaje en fuerza y la gota de vidrio se convertirá en polvo. Esta tensión interna es tan grande que la explosión ocurre literalmente en un instante. Por lo tanto, cuando realice un experimento, asegúrese de abastecerse de gafas de seguridad.

Recientemente, un grupo de científicos de diferentes partes del mundo se propuso "llegar al fondo" de la verdad y averiguar por qué y cómo exactamente ocurre la explosión cuando se rompe la cola de una gota de Prince Rupert.

El caso es que cuando se daña la capa exterior, aparece una grieta que penetra directamente en el “corazón” de la gota, donde se concentra la misma fuerza de tensión.

Teniendo en cuenta el hecho científicamente probado de que la capa externa está comprimida y la capa interna está estirada, los científicos consideraron cómo se distribuye la presión dentro de la lágrima. Resultó que la fuerza de compresión en la capa exterior excede Presión atmosférica 7000 veces y alcanza los 700 megapascales. Esto es increíble considerando que la superficie de una lágrima de vidrio es inusualmente delgada y su área es solo el 10% de todo el cuerpo de la gota.

Los investigadores también encontraron que para que una gota de Prince Rupert explote, es necesario que las grietas lleguen a su centro. Al golpear con un martillo o cualquier otra acción sobre la cabeza de la gota, se esparcen grietas a lo largo de su superficie, sin penetrar en la zona de tensión interna. Esto explica la fuerza de la pelota. Cuando la “cola” se rompe, las grietas logran penetrar en la parte interior del desgarro del vidrio, lo que provoca una explosión.

Aplicación moderna del efecto gota Prince Rupert

El principio de comportamiento de las gotas de Prince Rupert ya se ha aplicado con éxito en la industria. Este tipo de vidrio es familiar para todos como "templado".
Anteriormente, se producían "copas endurecidas". Podían caer al suelo sin una punzada de conciencia, nunca se rompió con el impacto. Pero una grieta que apareció accidentalmente en el borde podría provocar su explosión en cualquier momento. Por lo tanto, dichos platos deben manipularse con más cuidado que con vidrio ordinario.

Hoy en día, el vidrio para automóviles se fabrica de acuerdo con un principio similar. Además de ser más duradero, tiene otra ventaja importante para la seguridad de los pasajeros: si se daña, se desmorona en pequeños pedazos con bordes redondeados. El vidrio húmedo se rompe para formar fragmentos afilados y grandes que pueden causar lesiones graves.
Las ventanas laterales y traseras están hechas de vidrio templado, mientras que los parabrisas se fabrican pegando varias capas de dicho vidrio con la ayuda de una película de polímero especial, que en caso de accidente no permitirá que se dispersen en absoluto.

Video del efecto de caída de Prince Rupert

El príncipe Rupert (Ruprecht von der Pfalz) fue un destacado militar alemán que fue ascendido a almirante y comandó la caballería real durante el enfrentamiento civil en Inglaterra. Era natural de Praga, tenía el título de conde, se le llamaba Duque de Baviera, pero es más conocido como el Príncipe Rupert del Rin. Su padre gobernó la región de Bohemia durante un corto tiempo, pero luego se vio obligado a huir a los Países Bajos, donde Rupert pasó su infancia. Después de recibir su educación, Rupert se convirtió en soldado y participó en la Guerra de los Treinta Años, donde adquirió una valiosa experiencia militar. Más tarde se unió al ejército de Carlos I en la Guerra Civil Inglesa y asumió el cargo de jefe de caballería. Con numerosas victorias militares, el comandante se ganó una buena reputación, luego continuó la lucha por la ciudad de York, pero fue derrotado, perdiendo esta ciudad y el norte de Inglaterra. Rupert también participó en la batalla de Naseby, en la que derrotó y conquistó la ciudad de Bristol. Posteriormente, el príncipe fue enviado al exilio en Holanda y pasó los siguientes años al mando de pequeños escuadrones navales en las Indias Occidentales y Alemania. Más tarde, con la restauración de la monarquía, Rupert regresó a Inglaterra, donde llevó a cabo una serie de operaciones navales británicas, y también luchó en la Segunda y Tercera. Guerras anglo-holandesas.

Rupert Palatinate nació el 17 de diciembre de 1619 en Praga, Bohemia, en la familia de Federico V, jefe de la unión protestante, y su esposa Elizabeth Stuart, hija de Jaime I y Ana de Dinamarca. En 1620, después de enfrentarse a sus enemigos católicos en la Batalla de la Montaña Blanca, la familia de Rupert huyó de Bohemia a Holanda, donde pasó la mayor parte de su infancia. Rupert era un niño superdotado y aprendió a hablar inglés, checo y francés a la edad de tres años. El estudió alemán a una edad temprana y también se destacó en las artes. Cuando tenía 13 años, el niño perdió a su padre. Durante su adolescencia vivió en Inglaterra con la familia de su tío, el rey Carlos I. Rupert se convirtió en soldado desde muy temprano. En 1638, mientras luchaba en la Guerra de los Treinta Años (1618-1648), que le aportó una considerable experiencia militar, el príncipe Rupert fue capturado y encarcelado durante tres años en Linz.

A los pocos meses de su liberación del cautiverio en Alemania en 1641, Rupert viajó a Inglaterra y se unió al rey Carlos I poco antes del estallido de la Guerra Civil Inglesa en agosto de 1642. Teniendo la oportunidad de liderar el mando de la caballería real a la edad de 23 años, dirigió hábilmente a sus tropas y ganó un gran número de batallas. Derrotó a las fuerzas enemigas cerca de Worcester y luego luchó en la primera gran batalla. guerra civil en Edgehill en octubre de 1642. En julio de 1643, tomó Bristol y luego liberó Newark, Nottinghamshire, en febrero de 1644. En el mismo año, Rupert lideró el sitio de York, pero fue derrotado, perdiendo York y el norte de Inglaterra. Cuando el príncipe se rindió a Bristol, el rey lo destituyó del servicio y lo expulsó de Inglaterra en julio de 1646. En 1660, después de la restauración de la monarquía, este líder militar regresó a Inglaterra para ejercer el mando de alto rango. Fue nombrado Consejero Privado y participó en la Segunda (1655-57) y la Tercera (1672-1674) Guerras anglo-holandesas. En 1670, Rupert de Palatinado se convirtió en el primer gobernador de la Compañía de la Bahía de Hudson y también se interesó mucho por la ciencia e introdujo el arte del mezzotinto en Inglaterra. También fue uno de los fundadores de la Royal Society.

Rupert tuvo una relación romántica con Francis Bard, la hija de un explorador inglés y veterano de la Guerra Civil, Henry Bard. Aunque negó las afirmaciones de Francis sobre su matrimonio secreto, reconoció a su hijo Dudley Bard. A finales de la década de 1660, el príncipe se enamoró de Margaret Hughes, una atractiva actriz del Drury Lane Theatre. La pareja no cimentó su relación por matrimonio, pero Rupert reconoció a su hija Rupert. Este sobresaliente Soldado alemán Murió el 29 de noviembre de 1682 en su casa de Westminster, Inglaterra, después de un ataque de pleuresía a la edad de sesenta años.