Слёзы принца Руперта: тайна пуленепробиваемого стекла, которое боится щелчка (7 фото + 2 видео)

Он сочетает в себе, казалось бы, несочетаемое: невероятную прочность и хрупкость одновременно.

Внешне капля напоминает головастика: утолщённая головка и длинный тонкий хвостик. Головка настолько прочна, что выдерживает удар молотка и даже пулю, выпущенную в упор. Пуля рассыпается на мелкие кусочки при столкновении со стеклом. Но стоит лишь легонько надломить хвостик пальцем, как вся капля, включая её сверхпрочную головку, мгновенно взрывается, превращаясь в облако мельчайшей стеклянной пыли.

Секрет этих удивительных свойств кроется в особом способе изготовления. Расплавленное стекло капают в холодную воду, что заставляет его внешний слой мгновенно затвердеть, в то время как внутренняя часть остаётся жидкой. При дальнейшем охлаждении внешний слой сжимается, а внутренний расширяется. Возникающее напряжение создаёт невероятную прочность, но при этом хрупкое равновесие. Это напоминает каменную арку, где вся конструкция держится за счёт напряжения, но стоит удалить замковый камень — и арка рухнет.

История капель начинается в Германии 1640-х годов, где их создавали стеклодувы Мекленбурга и продавали по всей Европе под названиями прусские или голландские слёзы. Секрет их изготовления тщательно оберегался, порождая множество теорий. Английский учёный Маргарет Кэвендиш, герцогиня Ньюкаслская, после недель экспериментов предположила, что внутри головки находится летучее вещество, взрывающееся при контакте с воздухом.

В 1660 году принц Руперт Пфальцский, один из основателей Лондонского королевского общества, представил эти капли на суд учёных и короля Карла II, подарив им своё имя. Роберт Гук, руководивший экспериментами, первым выдвинул ключевую идею о том, что свойства капель обусловлены разницей в скорости охлаждения стекла, хотя полное понимание этого феномена пришло к учёным лишь три столетия спустя.

Только в 1994 году исследователи из Университета Пердью и Кембриджа, используя высокоскоростную съёмку, обнаружили, что поверхность капли испытывает мощные силы сжатия, а внутренняя часть — силы растяжения. Эксперименты показали, что головка выдерживает давление до 700 мегапаскалей. Учёные зафиксировали, что трещины распространяются по капле с невероятной скоростью — более 6500 км/ч.

Несколько лет назад исследователи установили, что внешний слой сжатия составляет всего 10% от диаметра головки, но обладает невероятной прочностью. Трещины на поверхности не могут проникнуть внутрь, но повреждение хвостика направляет их прямо в зону напряжения, высвобождая накопленную энергию.

Этот принцип лёг в основу производства закалённого стекла для автомобилей и смартфонов. Такое стекло разбивается на мелкие безопасные осколки, а стёкла автомобилей дополнительно защищены специальным слоем, удерживающим частицы.