Suze princa Ruperta

Datoteka:Prince Ruperts drops.jpg

Suze princa Ruperta

Suze princa Ruperta ili kapljice princa Ruperta (na engleskome govornom području poznate i kao nizozemske suze ili batavijske suze) kuglice su od kaljenoga stakla koje se prave kapanjem rastaljena stakla u hladnu vodu, zbog čega se staklo zgušnjava i pretvara u kapljicu koja oblikom podsjeća na punoglavca s dugim, tankim repom. Te kapljice obilježava vrlo visoka razina zaostaloga naprezanja, zbog čega imaju neočekivana svojstva; tako, primjerice, okruglasti dio kapljica može podnijeti udarac čekićem ili čak pogodak metka, a da se ne slomi, ali prsne ako se rep iole ošteti. U određenim okolnostima u prirodi tvorevine slična sastava nastaju u vulkanskoj lavi i poznate su kao Peleine suze.

Suze su dobile ime po princu Rupertu od Rajne, koji je donio nekoliko primjeraka u Englesku 1660. premda su se vjerojatno već proizvodile u Nizozemskoj ranije tog stoljeća i bile poznate staklarima još ranije. Kraljevsko društvo proučavalo ih je kao znanstvene kuriozitete, a otkrivanje temelja neobičnih svojstava tih suza vjerojatno je potaknulo razvoj proizvodnje kaljenoga stakla, patentirana 1874. Svojstva suza naknadno su dodatno opisana u 20. i 21. stoljeću.

Opis

Datoteka:Neri-a-art-1662-RTL014704-p386-figure.png

Crtež koji prikazuje suzu princa Ruperta iz knjige Account of the Glass Drops (1661.) Roberta Moraya

Suze princa Ruperta prave se kapanjem rastaljena stakla u hladnu vodu. Staklo se brzo hladi i zgušnjava u vodi izvana prema unutra. To kaljenje može se opisati pojednostavljenim modelom naglo ohlađene sfere. Suze princa Ruperta znanstveni su kuriozitet gotovo četiristo godina zbog dva neuobičajena mehanička svojstva koja posjeduju.

Kad se odsiječe rep, suza eksplodira i pretvara se u prah, ali sam okruglasti dio može podnijeti tlačnu silu jačine do 664,3 kN. Eksplozivni raspad nastaje zbog brojnih bifurkacija pukotine koje izaziva odsijecanje repa; jedna se pukotina širi u polju vlačnih zaostalih naprezanja u središtu repa i račva se nakon što dosegne kritičnu brzinu, koja iznosi između 1450 i 1900 m/s. Zbog tih velikih brzina raspad izazvan račvanjem pukotine može se samo potvrditi promatranjem repa pri uporabi visokobrzinske kamere. Moguće je da zato to neobično svojstvo suza stoljećima nije bilo razjašnjeno.

Drugo neobično svojstvo suza, čvrstoća glave, nastaje pod izravnim utjecajem velikih zaostalih tlačnih naprezanja, koja mogu iznositi do 700 megapaskala i koja se nalaze u blizini površine glave. Ta raspodjela naprezanja mjeri se na temelju dvoloma potaknuta naprezanjem, prirodna svojstva stakla, i uporabom trodimenzijske fotoelasticimetrije. Zbog visoke lomne žilavosti izazvane zaostalim tlačnim naprezanjima suze princa Ruperta jedan su od najstarijih primjera kaljenoga stakla.

Povijest

Datoteka:Microgarphia schem 4.jpg

Crtež staklenih suza u knjizi Micrographia (1665.) Roberta Hookea

Pretpostavlja se da su načini pravljenja staklenih suza poznate staklarima još od doba Rimskoga Carstva.

Katkad pripisivane nizozemskomu izumitelju Cornelisu Drebbelu, suze su se u onodobnim opisima često nazivale lacrymae Borussicae (pruske suze) ili lacrymae Batavicae (batavijske/nizozemske suze).

Provjereni izvještaji o suzama iz Mecklenburgu u Sjevernoj Njemačkoj javljaju se već 1625. Tajna pravljenja suza neko se vrijeme čuvala u Macklenburgu i okolici premda se diljem Europe trgovalo njima; prodavale su se kao igračke i kurioziteti.

Nizozemski znanstvenik Constantijn Huygens zatražio je Margaret Cavendish, vojvotkinju od Newcastle-upon-Tynea da ispita svojstva suza; poslije pokusa zaključila je da je u njima zarobljena hlapiva tekućina.

Premda princ Rupert zapravo nije otkrio suze, godine 1660. donio ih je u Englesku. Predao ih je kralju Karlu II., koji ih je godinu dana poslije predao Kraljevskomu društvu (osnovanu 1660.) na proučavanje. U nekoliko se ranih radova Kraljevskoga društva opisuju suze i pokusi kojima su bile podvrgnute. Među tim je radovima Micrographia koju je 1665. objavio Robert Hooke, koji je poslije otkrio Hookeov zakon. U tom je djelu točno iznio većinu toga što se može reći o suzama princa Ruperta premda se u to vrijeme još nije znalo mnogo o elastičnosti (sam Hooke poslije je opisivao taj koncept) i o lomu krhkih materijala zbog širenja pukotina. Fiziku širenja pukotina prvi je detaljno opisao A. A. Griffith tek 1920.

U istraživanju iz 2017. koje je sa znanstvenom ekipom proveo Hillar Aben, profesor na Tehnološkom sveučilištu u Tallinnu u Estoniji, transmisijskim polariskopom mjerila se optička retardacija svjetla iz crvene svjetleće diode dok je putovalo staklenom suzom i na temelju dobivenih podataka opisala se raspodjela naprezanja u cijeloj suzi. Otkriveno je da glave suza imaju više površinsko tlačno naprezanje nego što se prethodno mislilo – 700 MPa (100.000 psi) – ali i da je površinski tlačni sloj tanak i da iznosi samo desetak posto promjera glave suze. Zbog toga površina ima visoku lomnu žilavost, što znači da je za razbijanje suze nužno napraviti lom koji će se proširiti u unutrašnju vlačnu zonu. Kako se pukotine na površini u pravilu šire površinom, ne ulaze u vlačnu zonu, ali poremećaj u repu omogućuje im da prodru u nju.

Znanstveni prikaz rane povijesti suza princa Ruperta dan je u časopisu Notes and Records Kraljevskoga društva, koje je provodilo brojne rane pokuse na suzama.

Uporaba u znanosti

Proučavanja suza nadahnula su tehnike stvaranja kaljenoga stakla. Godine 1874., godinu dana nakon što je V. De Luynes objavio svoje izvještaje o vlastitim pokusima nad suzama, taj je proces u Engleskoj patentirao Parižanin Francois Barthelemy Alfred Royer de la Bastie.

Barem se od 19. stoljeća zna da tvorevine nalik na suze princa Ruperta u određenim okolnostima nastaju u vulkanskoj lavi. U novije su doba znanstvenici sa Sveučilišta u Bristolu i Islandskoga sveučilišta proučavali komadiće stakla koji nastaju nakon eksplozivnog raspada suza princa Ruperta u laboratoriju kako bi dobili bolji uvid u lomljenje magme i stvaranje vulkanskog pepela potaknuto nakupljenim toplinskim naprezanjima u aktivnim vulkanima.

Spomeni u književnosti i umjetnosti

Kako su bile česte na zabavama, suze princa Ruperta postale su nadaleko poznate krajem 17. stoljeća. Od obrazovanih osoba i osoba u visokome društvu očekivalo se da znaju za njih jer su se spominjale i u tadašnjoj britanskoj književnosti. Samuel Butler upotrijebio ih je kao metaforu u svojoj pjesmi Hudibras, a Samuel Pepys spominje ih u svojem dnevniku.

U romanu Nadmužjak Alfreda Jarryja iz 1902. spominju se suze u analogiji s rastaljenim kapljicama stakla koje padaju iz pokvarenoga uređaja koji je kroz tijelo nadmužjaka trebalo propustiti električnu struju jačine 11 tisuća volti.

Sigmund Freud, govoreći o raspadu vojnih jedinica u djelu Psihologija mase i analiza ega (1921.), ovako opisuje paniku koja nastaje nakon gubitka vođe: „Grupa se pretvara u prah kao suza princa Ruperta kad joj se slomi rep.”

Suze princa Ruperta spominju se u posljednjem poglavlju romana Gospodarica gospodarica (1935.) E. R. Eddisona, u kojem ih Fiorinda uništava. U detektivskom romanu Došli su i magla i snijeg (1940.) Michaela Innesa (J. I. M. Stewart) jedan lik pogrešno ih naziva „suzama iz Verone”; pogrešku pri kraju romana ispravlja detektiv Sir John Appleby.

U romanu Conjure Wife (Supruga vještica) iz 1943. Fritz Leiber služi se suzama princa Ruperta kao metaforom za nestabilnost nekoliko likova. Riječ je o profesorima s fakulteta u malome gradu koji naoko djeluju mirno i staloženo, ali „eksplodiraju” čim se „okrzne nit”. U svojem romanu Oscar i Lucinda iz 1988. Peter Carey jedno poglavlje posvetio je suzama.

Naslovna pjesma na Lizardu, trećem studijskom albumu rock-sastava King Crimson, spominje izmišljenu verziju princa Ruperta i sadrži dio pod imenom „The Battle of Glass Tears” (Bitka staklenih suza).

Peta knjiga u serijalu Dungeon Crawler Carl američkoga pisca Matta Dinnimana aludira na suzu princa Ruperta. Jedan od likova prisjeti se svojstava suze kako bi uništio golem stakleni labirint i tako preskočio izazov.

Literatura

• • Nepoznat parametar: first1
  • Nepoznat parametar: bibcode
  • Nepoznat parametar: last1
  • Nepoznat parametar: issue
  • Parametar type nije dopušten u klasi journal
  • Parametar url nije dopušten u klasi journal
  
• Sir Robert Moray (1661.). "An Account of the Glass Drops", Royal Society (transcribed, archive reference).