ساعدنیوز
ساعدنیوز

راز شگفت‌انگیز قطره اشکی به محکمی فولاد / عکس

  یکشنبه، 17 اردیبهشت 1402 ID  کد خبر 339234
راز شگفت‌انگیز قطره اشکی به محکمی فولاد / عکس
ساعد نیوز: معمای شیشه‌هایی به شکل قطره اشک که می‌توانند زیر ضربات سنگین چکش دوام بیاورند، اما کوچکترین تماسی با سر این قطره، آن را خرد می‌کند، بالاخره و بعد از سده‌ها حل شده است.

به گزارش پایگاه خبری-تحلیلی ساعد نیوز به نقل از خبرآنلاین، ساختار عجیب این شیشه‌ها که "قطرات شاهزاده روپرت" نامیده می‌شوند، برای حدود 400 سال فکر دانشمندان را به خود مشغول کرده بود.

سرینیواسان چاندراسکار، استاد مهندسی صنایع و مدیر مرکز پردازش مواد و تریبولوژی دانشگاه پردوی ایندیانا دراین باره گفته:« از یک سو، سر این قطره شیشه‌ای می‌تواند در برابر ضربات سخت مقاومت کند و سوی دیگر آن، یعنی قسمت انتهایی و دم قطره، با کوچکترین فشار انگشت شکسته می‌شود و در چند میکروثانیه، کل ماده به پودر ریزی تبدیل شده که این تخریب با صدای تند و تیزی همراه است.»

حالا تحقیقات جدید حکایت از آن دارد که بخش سر این این قطرات شیشه‌ای، به دلیل نیروهای فشاری وارد بر قسمت بیرونی قطره‌ها استحکام عجیب و غریبی دارند. در این تحقیق مشخص شد که این نیروها، در حد و اندازه نیروهای فشاری در برخی از اشکال فولاد هستند.

شیشه

چرا قطره شاهزاده روپرت؟

قطره شاهزاده روپرت در سال 1660 به شهرت رسید. زمانی که شاهزاده روپرت راین (آلمان)، چند تکه از این شیشه را برای هدیه به پادشاه چارلز دوم انگلستان داد. (قطره‌های شاهزاده روپرت که از ریختن شیشه مذاب در آب سرد به دست می‌آید، احتمالا قرن‌ها قبل توسط شیشه‌گران ساخته شده بود). شاه چارلز این قطرات شیشه‌ای را به انجمن سلطنتی سپرد و آنها نتیجه اولین تحقیقات علمی خود درباره خواص این شیشه‌ها را در سال 1661 منتشر کردند.

در طول قرن‌ها، دانشمندان ابهامات زیادی در مورد قطرات شاهزاده روپرت داشتند تا اینکه در سال 1994، چاندراسکار و یکی از همکارانش، با بهره‌گیری از یک دوربین پرسرعت با سرعت ثبت 1 میلیون فریم تصویر در ثانیه، در هنگام شکستن این شیشه، از این قطرات عکاسی کردند. این تصاویر ثبت شده نشان داد که قطعات ریزی که در قسمت دم و پایانی قطرات قرار دارند، به سرعت به سمت سر قطره پخش می‌شوند.

طبق گفته چاندراسکار، زمانی که خرده شیشه‌ها به سرعت کافی می‌رسند (حدود 1.5 کیلومتر در ثانیه)، به دو نیم تقسیم می‌شوند و سپس دو تکه شیشه وقتی به سرعت کافی رسیدند، مجددا هریک به دو قسمت تقسیم می‌شوند و بدین ترتیب ساختار قطره کاملا با هزاران شکاف پوشیده می‌شود. چاندراسکار دراین باره گفته:« قسمت دم اشک جدا می‌شود ولی سر اشک به پودر تبدیل می‌شود و این بخش از ماجرا واقعا تماشایی است.»

شیشه

سر قوی و دم ضعیف

این یافته‌ها نشان داد که چرا وارد کردن ضربه به دم اشک، به راحتی ساختار آن را از بین می‌برد. از آن زمان به بعد، دانشمندان سعی کردند تا ترکیب متناقض استحکام و شکنندگی در این قطرات شیشه‌ای را توضیح دهند ولی هرگز به توضیح رضایت‌بخشی درباره خواص این قطره و به ویژه غیرشکننده بودن بخش سر آن دست نیافتند.

در تحقیقات جدید، چاندراسکار، به سراغ تکنیک متفاوتی به نام "فوتو الاستیسیته یکپارچه" رفت تا از راز مقاوم بودن سر قطره شیشه‌ای سر در بیاورد. این تکنیک بدین ترتیب بود که قطرات شاهزاده روپرت را در یک حوضچه آب قرار داده و سپس امواج نور پلاریزه یا نوری که در یک صفحه منفرد جهت‌گیری شده را از این ماده عبور می‌دادند. تنش‌های درونی قطره شاهزاده روپرت، قطبش (پلاریزاسیون) نور را تغییر می‌داد. نگاهی به پلاریزاسیون (قطبش) امواج نور خروجی از طریق فیلترهای ویژه، از تنش‌های داخل قطره شاهزاده روپرت، که در این مورد در سر و دم قطره بود، حکایت داشت.

مشخص شد که بخش سر قطرات شاهزاده روپرت، سطح بسیار بالایی از تنش فشاری را تحمل می‌کنند که برابر با 50 تن در هر اینچ مربع است (تنش فشاری نیرویی در واحد سطح است که چیزها را به هم فشرده و روی هم له می‌کند.)

این تنش‌ها به این دلیل شکل می‌گیرند که جنس شیشه مورد استفاده در این قطرات اشک (که با گرما به صورت چشمگیری منبسط می‌شوند)، هنگامی که در معرض آب سرد قرار می‌گیرند نیز به طرز چشمگیری منقبض خواهند شد.

روند ساخت قطرات شاهزاده روپرت

در طول فرآیند ساخت این قطرات، شیشه ذوب شده را در آب سرد فرو می‌کنند. زمانی که شیشه به آب برخورد می‌کند، بخش خارجی آن زودتر از بخش داخلی سرد می‌شود. لایه خارجی شیشه، نوعی "پوشش" را تشکیل می‌دهد که باعث فشرده شدن بخش داخلی می‌گردد. از آنجا که بخش داخلی قطره هنوز در حال سرد شدن است و به خاطر آنکه مجموع نیروهای وارد بر جسم باید برابر با صفر شود، بخش سر قطره، تنش‌های کششی را در داخل آن ایجاد می‌کند (به طور کلی، تنش کششی، نیرویی داخلی در واحد سطح است که چیزها را از هم جدا می‌کند؛ دقیقا مثل پاره کردن یک تکه کاغذ از وسط. تنش‌های کششی و فشاری در جهت مخالف هم عمل کرده و بنابراین همدیگر را خنثی می‌کنند.)

شیشه

دلیل آنکه تنش فشاری در قسمت بیرونی قطرات، مانع از شکستگی آن می‌شود، موضوع تا حدودی شهودی است. فشرده‌سازی، در حقیقت له کردن اتم‌های شیشه و نزدیکتر کردن آنها به یکدیگر است. چرا که آنها جایی برای فرار کردن ندارند. شکستگی‌ها نیز به سادگی در موادی که تحت فشار هستند حرکت نمی‌کنند و برعکس، بیشتر مواد وقتی در حالت کشش از هم جدا می‌شوند، راحت شکسته می‌شوند.

حتی سر قطره هم شکستنی است

البته حتی این قطرات مقاوم در برابر شکست هم در نهایت تحت فشار، ترک می‌خورند؛ طبق گفته چاندراسکار، اگر سر قطره را در داخل یک گیره قرار داده و فشار کافی به آن وارد کنید، آن بخش هم در نهایت پودر خواهد شد. البته که این فرآیند، به زیبایی فرآیند شکستن دم قطره نخواهد بود. اما در نهایت این نتیجه حاصل می‌شود که هیچ چیزی غیرقابل شکستن نیست؛ حتی سر قطره شاهزاده روپرت!

دیدگاه ها

  دیدگاه ها
پربحث های هفته   
الهام چرخنده: من برای همه کسانی که کتکم زدند، باعث بیماری قلبی شدند نفرین ندارم اما الهی که به درد من دچار بشید+ویدیو (110 نظر) مازیار لرستانی: ای کاش به جای روز زن و روز مرد، روز شرف و انسانیت داشتیم+عکس (103 نظر) عرض ارادت فریبا نادری به امام خمینی(ره): مرد بزرگ جایت خالی است در میان مردمان سرزمینِ نور؛ ممنون که این انقلاب رو برایمان رقم زدی+ عکس (94 نظر) تذکر جدی علی دایی به اعجوبه طنز ایران: دفعه آخرت باشد که ادای من را درآوردی! (79 نظر) رونالدو: برای اولین بار جورجینا را برای شام دعوت کردم متعجب بود چون باورش نمی شد که به جای اتوبوس با بوگاتی به خانه برمی گردد+فیلم (63 نظر) علی دایی در واکنش به تقلید صدایش در مراسم استقلالی‌ها: در گذشته پادشاهان دلقک‌هایی داشتند که وظیفه‌شان تقلید صدا و خنداندن مردم بود+عکس (60 نظر) شعرخوانی زیبا و دلنشین رهبر معظم انقلاب: ای تکیه گاه و پناه زیباترین لحظه های پرعصمت و پر شکوه تنهایی و خلوت من+ویدیو (54 نظر) سحر زکریا خطاب به شهاب حسینی: این جماعت چه می دانند که در خیابان با من چه کردید از اینکه یورش آوردید برای زدن من فراموش نمی کنم! +عکس (50 نظر) تعجب بازیگر مطرح ترکیه با دیدن خونه زندگیِ شاه‌نشین پوریا پورسرخ، آرش سریال کیمیا+ ویدیو/ میزبانی درجه یک در خانه‌ای درجه یک👌 (49 نظر) خلاقیت خنده دار پدر ایرانی با طراحی سینما در توالت خانه اش حماسه آفرید+عکس/ هنر نزد ایرانیان است و بس😂 (45 نظر) شیلا خداداد: موهامو رنگ نمیکنم چون همینجوری و نچرال بودن رو دوست دارم؛ وقتی عروسی برم لاک میزنم و برمیگردم پاک میکنم+ ویدیو (38 نظر) مریم مومن: تمام پسرهای محله رو زدم هیچکس بدون اجازه من نباید از کوچه رد میشد باید زنگ در رو میزدن بعد رد میشدن+فیلم (35 نظر) ژیلا صادقی: من زنی هستم، آزاد/ در فطرت من حیا نهاده شده/می‌دانم از کجا باید شروع کنم و کجا می‌شود رها شد (32 نظر) سحر زکریا: بهنوش بختیاری نخود هر آشه در حد من نیست که بخوام باهاش دهن به دهن بشم! خانم بختیاری در بین همکاران جوک هستن!+فیلم (30 نظر) لیلا اوتادی: من ترک هستم، منتها نه تُرک تبریز و اردبیل؛ ترک قشقاییِ شیراز هستم+ویدیو (30 نظر)
پربازدیدترین ویدئوهای روز   
منتخب روز   
تهران گردی / معرفی 36 پارک تفریحی و جذاب تهران؛ پایتخت را بهتر بشناسید آلبوم تصاویر ورزشی و خصوصی محمدهادی ساروی کُشتی گیر چشم ابرو مشکی ایرانی ؛ از کافه گردی و پاریس گردی تا پُشتک روی تُشک و مدال طلا مفاخر ورزشی ایران/ غلامرضا تختی از تولد تا مرگ گزارش تصویری دیدار تاریخی بسیجیان با ولی امر مسلمین جهان در سالروز تشکیل بسیج 20 میلیونی استقلال و پرسپولیس روی لبه تیغ/ روی مرز بین صعود و سقوط (فیلم) نظر رهبر معظم انقلاب درباره تخت جمشید / افتخاری ندارد، خدا می‌داند چقدر بیگناه مقابل تخت طاغوت‌های زمان به قتل می‌رسیدند ... کرکره خنده؛ بدل مهران مدیری: مدیری برای همیشه از ایران رفت اونور آب شبکه ای برای خودش تاسیس کرده به نام جوج تی وی من هم بدل مدیری هستم اسمم نعمت برزو کلایه است!+فیلم نگاهی به تیپ و استایل خوشرنگ و پرانرژی بهنوش بختیاری در اتاق گریم جوکر/ میکس زیبای سفید و قرمز👌 حضور بی شرمانه احسان کرمی و برزو ارجمند در عروسی مختلط ساسی مانکن به بهانه پاشیدن نمک روی زخم آبادانی ها+عکس واضح وام 680 میلیارد تومانی آقای مدیرعامل از بانک خودش! نگاهی به چیدمان سنتی و شیک اتاق پذیرایی مسعود کیمیایی، کارگردان خائن‌کشی و برنده تندیس حافظ/ خودنمایی مبلمان چرمی و تابلوهای زیبای نقاشی ایده ست کردن ست چهارخانه‌ پاییزی با این بازیگران مشهور ایرانی / از الناز شاکردوست تا پریناز ایزدیار و سمیرا حسن پور + عکس