Хиллар Абен (Hillar Aben) из Таллинского технологического университета, Эстония, и его коллеги из Университета Пердью, США, и Кембриджского университета, Великобритания, изучили природу напряжений в основной части т.н. капли принца Руперта (она образуется, если каплю расплавленного стекла уронить в воду). Необычайная прочность этой части капли и ее связь с тоненьким хвостом капли, выяснили ученые, основана на сжимающем напряжении, а не напряжении растяжения, как предполагалось. Свои результаты, за которыми стоят несколько столетий исследований, — хотя сама проблема может показаться бессмысленной, — исследователи изложили в статье, опубликованной в журнале Applied Physics Letters.
Парадокс в том, что такая капля отличается необычайной прочностью — удар молотком оставит на ней в худшем случае царапину. Но стоит отломить ее хвост — и она рассыпется в мелкий порошок. Исследователи давно поняли, что прочность капель, названных в честь баварского принца Руперта, который в 1660 году представил пять таких капель британскому королю Карлу II, имеет какое-то отношение к напряжениям в стекле. Двадцать лет назад было опубликована высокоскоростная видеозапись распадающихся капель, где было видно, что при разрыве хвоста капли трещины распространяются вдоль капли со скоростью более 1700 метров в секунду.
Теперь исследователи продолжили изучение свойств этого интересного объекта, используя так называемый метод интегральной фотоупругости. Они погружали каплю в жидкость и светили через нее поляризованным светом. Области, где есть напряжение, распространяют поляризованный свет по-разному, так что ученые, обработав свет с помощью методов, аналогичных тем, которые используются в медицине при компьютеризированном томографическом сканировании, исследователи смогли наметить различные слои напряжений внутри капли.
Группа измерила напряжение сжатия в головке капли, которое оказалось эквивалентно более чем 4000-кратному атмосферному давлению, что делает каплю такой же прочной, как некоторые марки стали. Напряжения растяжения, присутствующие в хвосте и внутри капли, имеют тенденцию к распространению трещин, но не могут преодолеть сопротивление вышележащих сжимающих напряжений в головке капли. Этот сжимающий внешний слой защищает головку от ударов молотка — но стоит отломить хвост позволяет трещинам продвигаться по капле, и, хотя сжимающий внешний слой замедляет распространение трещин, остановить его он уже не может.
