Творческий проект «Стеклянные слёзы принца»

Автор: Першанина Алеся Анатольевна

Организация: МБОУ ЦО №10

Населенный пункт: Московская область, город Ногинск

Автор: Шустер Артем Алекссевич

Организация: МБОУ ЦО №10

Населенный пункт: Московская область, город Ногинск

Оглавление

Введение 3

1. Теоретическая часть
   1. История происхождения стеклянных слёз принца Руперта 4
   2. Секрет создания и прочности капли Принца Руперта 4
   3. Применение капли Руперта в жизни 5

 

1. Практическая часть
   1. Эксперимент 1 6
   2. Эксперимент 2 6
   3. Эксперимент 3 6
   4. Эксперимент 4 7
   5. Эксперимент 5 7

Заключение 8

Список литературы 9

Приложение 10

 

Введение

Однажды на просторах интернета я увидел интересный ролик. Пресс сжимает маленькую и хрупкую каплю стекла. Кажется, еще секунда и она, разбившись на миллионы осколков, разлетится во все стороны. Но ничего подобного не происходит. Что это? Смоделированный ролик или реальная съемка? Разве может стеклянная капля быть прочнее металла? Оказывается, может, если это необычная капля, а капля самого принца Руперта.

Я заинтересовался и решил найти больше информации об этом. Изучив множество статей, просмотрев огромное количество видеороликов, я был настолько удивлен необычными свойствами капли, что мне захотелось, как можно быстрее, получить стеклянные слёзы самого принца Руперта. И убедиться в том, что, с одной стороны, эти слёзы чрезвычайно прочные, а с другой, чрезвычайно хрупкие.

Цель исследования: изготовить каплю в домашних условиях. исследовать её свойства.

Задачи исследования:

1. Узнать историю происхождения стеклянных слёз принца Руперта.
2. Изучить физические свойства и метод изготовления капли.
3. Провести собственный эксперимент.

Объект исследования: капля принца Руперта.

Предмет исследования: изучение физических свойств и метода изготовления капли принца Руперта.

Об актуальности данной темы можно судить по широкой сфере применения знаний, полученных в результате изучения предмета нашего исследования: быту, в строительстве, в машиностроении и прочих сферах жизни.

В ходе исследования мы выдвинули гипотезу: предположим, что

каплю Руперта можно изготовить в домашних условиях и свойства данного материала уникальны.

Методы исследования:

1. Сбор и анализ информации из разных источников.
2. Обобщение собранной информации.
3. Наблюдение.
4. Проведение собственного эксперимента
5. Теоретическая часть
   1. История происхождения стеклянных слёз принца Руперта

История появления этих капель уходит в глубину веков, и даже не до конца понятно, кто первым изобрел это чудо: ученые в лаборатории или профессиональные стеклодувы. Считается, что они впервые были получены в 1625 году в Батавии (латинское название Нидерландов), поэтому и приобрели название «батавские слёзки». Так или иначе, но весть о необычных стеклянных каплях быстро разлетелась по всей Европе. [2]

В середине 17 века принц Руперт Пфальцский привез в Англию эти необычные стеклянные капли, которые преподнес в подарок королю Карлу II. Эти капли имели хвостик и обладали необычайной прочностью. Назвали предметы в честь привезшего их дворянина стеклянными слезами принца Руперта. Хотя принц Руперт был не первым, кто сделал это открытие. Он никогда не приписывал себе их авторство. [3]

Карл поручил своим академикам из Королевского Научного Общества провести исследование подарка. Так началась известность капель принца Руперта.

1. Секрет создания и прочности капли Принца Руперта

Долгое время секрет получения слез Руперта держался в строгом секрете. Это было неудивительно, ведь их с удовольствием покупали на сувениры. Причины небывалой крепости капель в те времена были совершенно не изучены. Именно поэтому необычные свойства капель считались мистичными. На самом деле всё оказалось до боли просто: стеклянные слёзки образовываются, если расплавленным стеклом капнуть в холодную воду.

У такой слёзки головка невероятно прочная, ее очень сложно механически повредить путем сжатия: даже сильные удары молота или гидравлический пресс не наносят ей никакого вреда. Но стоит слегка надломить хрупкий хвост, и вся капля в мгновение ока разлетится на мелкие осколки. [2]

Всему этому есть не очень сложное физическое обоснование. Во время остывания в воде внешние слои сразу затвердевают и образуют некий "панцирь". Внутреннее стекло сильно сжимается, приводя к огромному накоплению механического напряжения внутри капли. На границе между внешним слоем и внутренним возникают силы: сила сжатия и сила растяжения. Огромная сила сжатия на поверхности головки капли – не даёт ей разбиться. А сила растяжения в сердцевине приводит к взрыву при малейшем переломе хвостика капли. [3]

1. Современное применение эффекта капли принца Руперта

Где же применяется это явление? На самом деле, мы каждый день видим стёкла, изготовленные по этому принципу. Такое стекло знакомо всем, как “закаленное”. Ранее производились “закаленные стаканы”. Их можно было без зазрения совести ронять на пол - оно никогда не разбивалось при ударе. Но случайно появившаяся на краю щербинка могла спровоцировать его взрыв в любое время. Поэтому с такой посудой стоило обращаться еще более бережно, чем с обыкновенным стеклом.

По аналогичному принципу сегодня изготавливают автомобильные стекла. Помимо того, что оно обладает более высокой прочностью, у него есть еще одно важное преимущество для безопасности пассажиров - в случае повреждения, оно рассыпается на мелкие кусочки с закругленными краями. А еще изобретение стало использоваться при изготовлении: стекла в душевых кабинах, полок холодильников, некоторых видов пуленепробиваемого стекла, масок дайверов и т.п.. Ну и, конечно же, нельзя не упомянуть всеми нами любимые смартфоны! Это явление распространено в мобильной индустрии. Как? Оно способно укрепить даже очень тонкое стекло, искривленное стекло. Благодаря ему, не возникает изменений в преломлении цвета. [5]

 

 

2. Практическая часть

Изучив технику безопасности, я решил изготовить стеклянную слезу принца Руперта в домашних условиях. Для этого я вооружился газовой горелкой, газовым баллончиком, плоскогубцами, приготовил перегоревшую лампочку, емкость с водой и решил немедленно провести эксперимент.

2.1. Эксперимент 1

Ход работы: установив газовую горелку над емкостью с холодной водой, я начал разогревать стекло от лампочки.

Наблюдение: спустя некоторое время я обратил внимание на то, что со стеклом ничего не происходит.

Вывод: температуры одной бытовой горелки недостаточно. (Приложение 1)

2.2. Эксперимент 2

Ход работы: вооружившись двумя бытовыми горелками, я продолжил эксперимент.

Наблюдение: через 15-20 минут мне стало понятно, что температуры даже двух бытовых горелок не хватает для того, чтобы стекло расплавилось.

Вывод: температура плавления должна быть намного выше. Для изготовления стеклянных слёз подходит далеко не любое стекло. Эксперимент не удался. (Приложение 2)

2.3. Эксперимент 3.

Ход работы: я был не доволен своим результатом, поэтому решил провести ещё один эксперимент с промышленной газовой горелкой и кусочком оконного стекла.

Наблюдение: после 5-7 минут нагрева сформировалась и упала капля. Но как только капля попала в воду, не успев застыть, она взорвалась. В банке с водой я увидел мелкие осколки стекла. Я еще несколько раз проводил данный эксперимент. И всегда получался один и тот же результат: капли взрывались, не успев остыть.

Вывод: многое зависит не только от качества стекла, температуры плавления, но и от того, в какую жидкость (в нашем случае – это обычная питьевая вода) будут падать стеклянные капли. Эксперимент можно считать неудавшимся. (Приложение 3)

2.4. Эксперимент 4.

Я стал пересматривать видеоролики, перечитывать статьи в интернете и понял, почему капли раскаленного стекла, попадая в воду, сразу взрываются. Дело в том, что в воде капли принца Руперта получаются только из особо прочного боросиликатного стекла. Из простого стекла, даже из оконного, капли получаются только в том случае, если вместо воды в качестве среды для резкого охлаждения используется масло. [4]

Ход работы: я заменил воду на растительное масло и продолжил нагревать кусочек оконного стекла.

Наблюдение: после 5-7 минут нагрева сформировалась и упала капля в форме головастика с длинным хвостиком. Моему восторгу не было предела!

Вывод: в результате проведения эксперимента я получил долгожданную стеклянную слезу принца Руперта. Но обладает ли она теми необычными свойствами, о которых я столько читал?! (Приложение 4)

1. Эксперимент 5.

Ход работы: следующим этапом нашего исследования стал эксперимент с готовой каплей. Капля показала удивительную прочность. И под ударами плоскогубцев, и сильно сжав её инструментом на капле образовались только царапины. Затем, я просто зажал хвостик стеклянной капли принца Руперта плоскогубцами. Капля мгновенно лопнула, оставив множество мелких кусочков.

Вывод: в результате проведения эксперименты я на собственном опыте убедился в том, что капля принца Руперта действительно, с одной стороны, очень прочная, а с другой, очень хрупкая. (Приложение 5)

Заключение

В ходе моего исследования:

1. Я узнал историю происхождения стеклянных слёз принца Руперта.
2. Изучил физические свойства и метод изготовления капли в домашних условиях.
3. Провел собственные эксперименты.
4. В результате проведения экспериментов я сделал вывод, что получить каплю Руперта, на мой взгляд, оказалось не так просто, как описывается в Интернете. Для этого необходимо соблюдать ряд условий: стекло должно быть определенного состава, использовать промышленную газовую грелку, вместо воды, в качестве среды для резкого охлаждения, использовать масло.
5. Я доказал необычайную прочность и в то же время хрупкость стеклянной капли. Это объясняется воздействием на неё двух физических сил: сила сжатия на поверхности головки капли не даёт ей разбиться, а сила растяжения в сердцевине при малейшем переломе хвостика капли приводит к взрыву.

Таким образом, цель и задачи, поставленные нами, достигнуты, гипотеза подтверждена.

 

Список литературы

1. Википедия. Батавские слёзки. / [Электронный ресурс]. Режим доступа. https://ru.wikipedia.org/wiki/Батавские_слёзки
2. Взрывающаяся капля принца Руперта. /[Электронный ресурс]. Режим доступа. https://elementy.ru/kartinka_dnya/72/Vzryvayushchayasya_kaplya_printsa_Ruperta
3. Это интересно: Странные свойства слёз принца Руперта. /[Электронный ресурс]. Режим доступа. https://cont.ws/@natell/1501508
4. 5 основных заблуждений о каплях принца Руперта: о чём не знают блогеры, но знают стеклоделы. /[Электронный ресурс]. Режим доступа. https://dzen.ru/a/X9EJo_4iBwxJZVez
5. Капля принца Руперта. / [Электронный ресурс]. Режим доступа. https://turizm-centr.ru/kaplya-printsa-ruperta-pod-pressom-chto-znachit/

 

Полный текст статьи см. приложение

1. file0.docx (11,5 МБ)

Опубликовано: 26.07.2024