Im Jahr 1660 brachte Prinz Rupert von Deutschland fünf kaulquappenförmige Glasstücke nach England und schenkte sie König Karl II. Obwohl es keine konkreten Beweise für ihre erste Erfindung gibt, gibt es bereits bestätigte Aufzeichnungen über ihre Existenz aus dem Jahr 1625. Viele gehen davon aus, dass diese Glastropfen aus Mecklenburg, Deutschland, stammen, wo es viele gute Glasbläser gibt.
Das Glas erregte nicht nur das Interesse des englischen Königs, sondern faszinierte auch Wissenschaftler in den nächsten 400 Jahren. In einer aktuellen Studie enthüllten Forscher das Geheimnis der Glasperle, die im Volksmund als prince rupert drop bekannt ist.
Unglaubliche Eigenschaften von prince rupert drop
Der Prince-Rupert-Tropfen ist berühmt für seine Glastropfen mit länglichen, dünnen Schwänzen, die wie eine zarte Kaulquappe aussehen. Eines der charakteristischen Merkmale dieser Perle ist das scheinbar gegensätzliche Verhalten von Schwanz und Kopf.
Der Schwanz ist so zerbrechlich, dass er leicht mit dem Finger zerbrochen werden kann, wodurch der gesamte Tropfen sofort in feines Pulver zerspringt. Allerdings ist der Kopf so stark, dass ein Hammer ihn nicht beschädigen kann. Sogar eine Kugel kann beim Auftreffen auf den Tropfen zerbrechen; deshalb kann es mit der Festigkeit von Stahl vergleichbar sein.
Der prince rupert drop lässt sich leicht herstellen, indem man heiße Kleckse geschmolzenen Glases ins Wasser fallen lässt. Wenn die äußeren Schichten in direkten Kontakt mit Wasser kommen, kühlen sie schnell ab und verfestigen sich, wodurch eine ausgeprägte Kaulquappenform entsteht.
Das Geheimnis der Perlen entschlüsseln
Die ernsthafte Untersuchung der seltsamen Eigenschaften des Tropfens von Prince Rupert begann in den 1650er Jahren. Es wurde sogar vermutet, dass sie in Frankreich bekannt und erforscht seien. Im Jahr 1661 wurden sie der Royal Society vorgelegt, wo die Mitglieder sie untersuchten, der bemerkenswerteste war der Wissenschaftler Robert Hooke. Dank moderner Technologie konnten Forscher den Glastropfen kürzlich gründlich analysieren.
Eine Studie von S. Chandrasekar an der Purdue University und M. M. Chaudhri an der University of Cambridge aus dem Jahr 1994 befasste sich mit der Verwendung von Hochgeschwindigkeits-Framing-Fotografie, um den Prozess des Zersplitterns des Glases in Stücke zu beobachten. Die Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass die äußere Schicht einer hohen Druckspannung ausgesetzt ist, während im Inneren hohe Zugkräfte wirken. Allerdings blieb unklar, wie sich diese Belastungen während des Sturzes von Prinz Rupert verteilen.
Chandrasekar und Chaudri arbeiteten mit Professor Hillar Aben von der Technischen Universität Tallinn in Estland zusammen, um diese Frage zu beantworten. Sie verwendeten ein Transmissionspolariskop, ein Mikroskop, das die Doppelbrechung in einem transparenten Objekt mit Achsensymmetrie messen kann.
Bei dem Experiment wurde ein prince rupert drop in einer klaren Flüssigkeit suspendiert und mit einer roten LED beleuchtet. Anschließend maß das Forscherteam die optische Verzögerung des Lichts beim Durchgang durch die Glasperle. Die vom Polariskop bereitgestellten Daten wurden dann verwendet, um die Spannungsverteilung über den gesamten Tropfen zu konstruieren.
Das Ergebnis der Studie zeigt, dass die Tropfenköpfe eine höhere Oberflächendruckspannung von bis zu 700 Megapascal aufweisen. Der Tropfen besitzt außerdem eine dünne Oberflächenkompressionsschicht, die nur 10 % des Kopfdurchmessers ausmacht. Diese Messungen sorgen für eine sehr hohe Bruchfestigkeit des Tropfenkopfes tyler durden.
Das bedeutet, dass ein Riss in die innere Spannungszone erzeugt werden muss, um einen Tropfen erfolgreich zu brechen. Da die äußeren Risse parallel zur Oberfläche wachsen, können sie die Spannungszone nicht passieren. Aus diesem Grund besteht der einfachste Weg, den Wulst zu brechen, darin, seinen Schwanz zu stören, da die Störung in diesem Bereich den Zugang zur Spannungszone ermöglicht.
