เป็นไปได้หรือไม่ที่จะสร้างหยดน้ำทรงกลมที่สมบูรณ์แบบของ Prince Rupert

หยดของเจ้าชายรูเพิร์ตเป็นวัตถุแก้วที่สร้างขึ้นโดยหยดแก้วเหลวลงในน้ำเย็น ในขณะที่ด้านนอกของหล่นอย่างรวดเร็วเย็นด้านในยังคงร้อนเป็นเวลานาน ในที่สุดเมื่อมันเย็นตัวลงมันจะหดตัวสร้างแรงอัดที่มีขนาดใหญ่มากบนพื้นผิว

ผลที่ได้คือแก้วที่ทรหด: คุณสามารถทุบหัวหล่นได้โดยไม่ทำลาย แต่รอยขีดข่วนบนหางทำให้เกิดการแตกกระจาย ลองดูวิดีโอนี้

ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะสร้างหยดทรงกลมของ Prince Rupert หรือไม่? และถ้าเป็นเช่นนั้นได้อย่างไร ตัวอย่างหนึ่งของแอปพลิเคชันคือการแทนที่สำหรับทรงกลมลูกปืนแบบดั้งเดิม จะมีการปรับปรุงในเรื่องความต้านทานการสึกหรอและทนต่อการโหลดสูงสุดและทรงกลมแก้วจะมีราคาน้อยลง

หยดของเจ้าชายรูเพิร์ตเป็นตัวอย่างของส่วนประกอบแก้วซิลิกาที่มีอุณหภูมิ: พื้นผิวของมันเย็นลงเร็วกว่าภายใน การแบ่งเบาแว่นตานั้นมีความสำคัญเพราะจะทำให้ความเหนียวของกระจกเพิ่มขึ้นนั่นคือความสามารถในการต้านทานการแตกหักภายใต้ภาระซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมค้อนถึงตกกระแทกได้และสามารถอยู่รอดได้ แก้วซิลิกาซึ่งเป็นเรื่องปกติของวัสดุเซรามิกอื่น ๆ นั้นแสดงให้เห็นถึงการขยายตัวของรอยร้าวที่ไม่เสถียรเมื่อมีความแข็งแรงของการแตกหักที่เกินสภาวะความเครียด เซรามิกมีการจัดแสดงพลาสติกน้อยมากหรือไม่มีเลย เมื่อถึงขีด จำกัด ยืดหยุ่นพวกเขาจะแตกหัก ดังนั้นหากคุณเน้นชิ้นส่วนที่เป็นแก้วซิลิกายากเกินไปมันจะแตกหักอย่างรวดเร็วและพร้อมกัน

ส่วนประกอบของกระจกอาจถูกทำให้เย็นลงโดยการระบายความร้อนภายนอกอย่างรวดเร็วกว่าภายในเพื่อให้มีการกระจายความเค้นตกค้างที่ไม่สม่ำเสมอในส่วนประกอบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากภายนอกแข็งตัวแรกความหนาแน่นเพิ่มขึ้นและปริมาณลดลงก่อนวาดวัสดุภายนอกจากภายใน จากนั้นเมื่อภายในแข็งตัวด้วยวัสดุที่เหลือน้อยกว่ามันจะดึงด้านในเข้าด้านนอก สภาวะความเครียดที่เกิดขึ้นคือความตึงเครียดภายในและการบีบอัดภายนอก

รอยแตกจะแพร่กระจายเมื่อมีแรงดึงข้ามรอยแตกเท่านั้น หากมีแรงกดตกค้างบนรอยแตกมันจะยังคงปิดอยู่เว้นแต่จะมีการตรึงเครียด เนื่องจากความเค้นอัดจะต้องเอาชนะก่อนที่รอยแตกจะเปิดจึงต้องใช้แรงดึงที่มากขึ้นในการกระจายรอยแตกผ่านชิ้นส่วนกระจกที่มีอุณหภูมิมากกว่าชิ้นส่วนที่ไม่มีอารมณ์ ถ้ารอยแตกดังกล่าวแพร่กระจายผ่านพื้นผิวที่เป็นกลาง - ความเครียดระหว่างด้านนอกและด้านในของชิ้นส่วนปลายของรอยแตกจะอยู่ในสภาวะตึงเครียดเนื่องจากสภาวะความเค้นตกค้างของการตกแต่งภายใน รอยแตกดังกล่าวจะเริ่มแพร่กระจายในรูปแบบที่ไม่แน่นอนเนื่องจากความเครียดที่เหลือทั้งหมดจะถูกปล่อยออกมาทำให้เกิดการระเบิดของเศษแก้วเนื่องจากพวกเขาทั้งหมดได้รับการฟื้นตัวอย่างยืดหยุ่นจากการกระจายความเครียดที่ไม่สม่ำเสมอ

จากทั้งหมดนี้มันควรจะเห็นได้ชัดว่าองค์ประกอบแก้วทรงกลม "สมบูรณ์แบบ" เป็นไปได้ในทางทฤษฎีตามที่เป็นไปได้เพราะมันเป็นเพียงต้องการให้ด้านนอกของกระจกเย็นตัวเร็วกว่าภายในเพื่อให้ได้การกระจายความเครียดที่ไม่สม่ำเสมอ ในขณะที่รักษารูปร่างที่ต้องการ การรวมกันของแรงโน้มถ่วงและความหนืดเป็นสาเหตุของหางในการลดลงแบบดั้งเดิมของเจ้าชายรูเพิร์ต ดังนั้นการถอดส่วนประกอบแต่ละชิ้นออกเช่นการตกที่เกิดขึ้นในฤดูใบไม้ร่วงโดยการผ่อนคลายพื้นผิวที่ปราศจากแรงตึงของหยดแก้วที่ลอยอยู่สามารถทำให้กระจกมีความหนืดได้ การพักผ่อนอาจใช้เวลานานและแก้วจะต้องเก็บรักษาความหนืดตลอดเวลา ขั้นต่อไปคือการหล่อเย็นทรงกลมอย่างรวดเร็วโดยไม่รบกวนรูปร่างของมันซึ่งเป็นการยากที่จะยอมรับ การฉีดด้วยของเหลวจะทำให้ระลอกคลื่นบนพื้นผิวและการแช่จะต้องเคลื่อนที่อย่างช้าๆอย่างช้าๆซึ่งจะทำให้เกิดการกระจายของความเครียดที่ไม่สม่ำเสมอ การเปิดเผยให้สูญญากาศของพื้นที่อาจเพียงพอ แต่ฉันไม่ได้ทำการคำนวณการสูญเสียความร้อนจากรังสี

การตั้งค่าที่ต้องการน่าจะเป็นเตาอบรังสีในสุญญากาศของอวกาศโดยมีหยดแก้วลอยอยู่ในนั้นโดยไม่มีความเร็วสัมพัทธ์ เตาอบจะหลอมละลายแก้วซึ่งผ่อนคลายเป็นทรงกลม เตาอบถูกปิดประตูถูกเปิดออกและเตาอบจะเคลื่อนตัวออกห่างจากทรงกลมอย่างรวดเร็ว ทรงกลมปล่อยรังสีทำให้พื้นผิวเย็นลงเร็วกว่าการตกแต่งภายใน (หรืออย่างที่เราคาดหวัง) และกระจกนั้นส่งผลให้พื้นที่ของเจ้าชายรูเพิร์ตลดลง

ฉันคิดว่าส่วนท้ายนั้นเกิดจากการที่แก้วตกลงมา ในวิดีโอแก้วหลอมละลายแยกออกจากส่วนที่เหลือของก้อนและทอดยาว - เช่น Silly Putty หรือมอสซาเรลล่าชีสหลอมเหลว ฉันคาดหวังว่าอย่างน้อยคุณก็สามารถตัดหางให้สั้นลงได้โดยตัดแก้วเหนอะหนะ - แต่มีความเป็นไปได้ที่ผลลัพธ์จะระเบิดเมื่อเย็นลงตามที่แนะนำในความคิดเห็นของ nivag

ลูกบอลแก้วทรงกลมที่พอเพียงจะค่อนข้างยาก อาจจะทำได้โดยใช้แนวคิดshot towerหรือวิธีการขึ้นรูปบางชนิด

ก่อนหน้านี้มีการระบุไว้ว่าทรงกลม "สมบูรณ์แบบ" ไม่สามารถมีอยู่ในแง่ของวิศวกรรมหรือการผลิต แต่ไม่สนใจเรื่องเล็กน้อยลองตอบคำถาม หยดน้ำของเจ้าชายรูเพิร์ตเป็นแก้วที่หลอมละลายมีความหนืดพอที่จะหย่อนคันของคุณลงไปในถังน้ำทำให้แก้วเย็นลงอย่างรวดเร็วพอที่จะสร้างความตึงเครียดภายในจำนวนมากซึ่งเป็นสาเหตุของน้ำตาหยดน้ำตา

แม้ว่าคุณจะหมุนแกนอย่างรวดเร็วเพื่อไม่ให้มีหางยาวการลากบาง ๆ ก็ยังคงมีอยู่และสร้างหาง มันอาจจะเล็ก แต่ก็ยังอยู่ที่นั่น หากคุณสนใจที่จะทำให้มันเป็นทรงกลมมากขึ้นคุณอาจคิดว่าจะโกนปลายหาง แต่อย่างที่ทราบกันดีว่าการปัดหรือการรบกวนปลายหางทำให้เกิดการระเบิดของกระจกแข็ง

สมมติว่าคุณหมุนแกนไปในทาง (ในโลกเวทมนตร์) เพื่อให้ไม่มีหาง ถ้าอย่างนั้นคุณก็ไม่มีทางตก Prince Rupert!

คำตอบสำหรับคำถามของคุณคือไม่มันเป็นไปไม่ได้ที่จะทำให้หยดทรงกลมของ Prince Rupert เพราะทั้งแก้วจะระเบิดหรือคุณง่ายไม่มีหยดที่คุณต้องการ

เกี่ยวกับสิ่งนี้ สร้างหยดน้ำตามปกติ แต่ใช้น้ำที่ร้อนที่สุดที่คุณสามารถทำได้เพื่อชะลอการสร้างความเครียดซึ่งแน่นอนว่าจะยังคงเกิดขึ้น นี่คือขั้นตอนที่สำคัญ ...... ลดความลึกของน้ำด้วยการทดลองและสุดท้ายปล่อยการปล่อยลงที่ผิวน้ำซึ่งควรลดความยาวของหางหรือกำจัดได้จริง การลดลงจะลดลงในอัตราที่ลดลงมากโดยคำนึงถึงสภาพกึ่งไม่มีน้ำหนักในน้ำ สิ่งที่ควรพิจารณาอีกประการหนึ่งคือการตัดหยดก่อนที่จะลดลง โดยการตัดหยดก่อนที่มันจะลดลงหางซึ่งเย็นตัวเร็วกว่าหัวมากถูกกำจัดในทางปฏิบัติและดังนั้นหัวที่มีความเค้นภายในจะไม่ถูกคุกคามโดยหางที่เปราะ

บางทีคุณอาจสร้างทรงกลมแก้วหลอมเหลวในฤดูใบไม้ร่วงฟรีแล้วดับด้วยก๊าซเย็น ๆ

ฉันแนะนำก๊าซเย็นแทนที่จะเป็นของเหลวเพราะคุณไม่สามารถ "หยด" ลงในของเหลวในฤดูใบไม้ร่วงฟรีและสาดด้วยของเหลวอย่างรวดเร็วพอที่จะแช่แข็งได้อย่างรวดเร็วภายนอกอาจจะเกี่ยวข้องกับกองกำลังแบบอสมมาตร ในขณะที่ก๊าซจะออกแรงดันเท่ากันทุกด้าน มันจะต้องเป็นก๊าซที่เย็นมาก! ฉันไม่รู้ว่าแก๊สหนักเช่นอาร์กอนเพิ่มการนำความร้อนหรือไม่หรือไฮโดรเจนหรือฮีเลียมอาจทำงานได้ดีขึ้น

หางไม่ได้ดูเหมือนคุณสมบัติที่จำเป็น ดูเหมือนว่าฉันจะเกิดขึ้นก่อนที่จะดับโดยความหนืดของหยดแก้วไม่ใช่ทางผ่านน้ำ หางไม่ได้ถูกพ่นออกมาอย่างรวดเร็วจากหยดของกระจกระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว มันมีอยู่แล้วเกิดขึ้นจากแรงโน้มถ่วง / ยืดตัวก่อนที่จะดับและเย็นลงในรูปหางนั้น

มันไม่ได้เป็นรูปทรงกลมที่สมบูรณ์แบบ แต่ใกล้เคียงกับที่ฉันได้รับ

ระงับในไอพ่นอุ่นแล้วปล่อย เสร็จสิ้น

คุณต้องควบคุมอุณหภูมิอย่างระมัดระวังร้อนเกินไปและมันบินออกจากกัน

ดีลืมทรงกลม "สมบูรณ์แบบ" แต่ฉันไม่เห็นว่าทำไมมันไม่สามารถทำในรูปแบบใด ๆ คุณเพียงแค่ต้องทำให้เย็นข้างนอกอย่างรวดเร็ว ฉันดูเหมือนจะจำได้ว่า pyrex ถูกสร้างขึ้นมาด้วยวิธีนี้สร้างขึ้นด้วยความกดดัน .. แต่ฉันไม่พบลิงค์ สิ่งนี้อาจมีประโยชน์

หลังจากที่ด้านนอกของเจ้าชายรูเพิร์ตตกลงแข็งตัวมันจะหดตัวอย่างรวดเร็ว ในระหว่างกระบวนการนี้ถ้าไม่มีสิ่งใดอยู่ภายในแก้วที่จะไปสิ่งนี้จะทำให้ด้านนอกอยู่ภายใต้ความตึงเครียดที่สำคัญรับประกันว่ามันจะแตก (กระจกแก้วแตกเกิดขึ้นจากการชุบชิ้นส่วนทั้งแก้วในเวลาสั้น ๆ ทันที แต่หากชิ้นส่วนที่แตกร้าวทุกชิ้นสัมผัสกับกระจกที่ยังคงหลอมเหลวชิ้นโดยรวมจะยังคงอยู่เหมือนเดิม) ในขณะที่เป็นไปได้ที่จะทำให้แก้วเย็นลงอย่างช้าๆพอที่จะป้องกันการแตกร้าวการลดแรงดึงแรงดึงสูงสุดอย่างเพียงพอเพื่อป้องกันการแตกร้าวจะช่วยลดปริมาณซึ่งภาระดังกล่าวสามารถเลื่อนไปหาแรงกดได้

ความยากลำบากนี้อาจเอาชนะได้โดยการลดกระจกลงไปในน้ำอย่างช้าๆ (หางยังคงยึดติดกับก้านที่มันมา) การทำเช่นนี้จะหมายความว่าในขณะที่บางส่วนของกระจกด้านนอกแข็งตัวและกำลังหดตัวกระจกเหลวที่อยู่ตรงกลางจะอยู่ในระหว่างการหดตัวนี้ส่วนใหญ่จะมีทางเดินที่ต่อเนื่องของแก้วเหลวที่ยื่นออกมาจากน้ำ

เมื่อถึงจุดหนึ่งแก้วที่ใส่น้ำจะบางจนไม่สามารถไหลผ่านจุดศูนย์กลางของกระจกเหลวได้ แต่เมื่อถึงเวลาที่ส่วนใหญ่ของแก้วจะหดตัวเกือบเท่าที่พวกมันจะไป ดังนั้นปริมาณของของเหลวที่จะต้องยังคงถูกแทนที่เพื่อหลีกเลี่ยงการสร้างความตึงเครียดจะมีขนาดเล็กและปริมาณของความตึงเครียดที่เกิดขึ้นจากการที่ไม่สามารถแทนที่แก้วของเหลวใด ๆ เพิ่มเติมจากภายในจะมีขนาดเล็กเช่นกัน หากพื้นที่ของกระจกซึ่งมีความหนาพอที่จะให้ของเหลวไหลผ่านจุดศูนย์กลางซ้อนทับบริเวณที่บางพอที่จะหลีกเลี่ยงการแตกเมื่อมันเย็นลงการหยดอาจถูกทำให้เย็นลงที่อุณหภูมิห้องโดยไม่มีความล้มเหลวก่อนเวลาอันควร อย่างไรก็ตามหยดทรงกลมที่มีรูปร่างเหมือนกัน

หางไม่มีแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์ ตราบใดที่วัสดุยังคงอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ร้อนคุณจะมีทรงกลม "ใกล้สมบูรณ์" ตราบใดที่ความดันและอุณหภูมิและการขาดแรงโน้มถ่วงคงที่ การทำให้เย็นลงจะส่งผลให้เกิดความเครียดเหมือนกันกับรูเพิร์ตดร็อปแม้ว่าผลกระทบของหางจะหายไปความเพี้ยนใด ๆ ก็ตามจะส่งผลให้เกิด "ข้อบกพร่อง" และส่งผลกระทบต่อความเครียดแบบสม่ำเสมอ คุณจะจบลงด้วยทรงกลม "yourname"