Капли принца Руперта, известные также как батавские слёзки – хвостатые шарики из закалённого стекла. Они получаются, если капнуть расплавленным стеклом в холодную воду. Казалось бы, идея очень проста. Однако капли Руперта обладают неожиданными, контринтуитивными свойствами: они одновременно очень прочны и очень хрупки.
Саму каплю невозможно разбить ни молотком, ни другим тяжёлым инструментом, а под гидравлическим прессом капля выдерживает усилие в десятки тонн. Однако если надломить или просто неудачно задеть хвост капли, она тут же разлетается на мелкие осколки.
Доподлинно неизвестно, кто первый догадался капнуть в холодную воду расплавленное стекло. Скорее всего, “батавские слёзки” были известны ещё стеклодувам Римской империи. В Европе о них заговорили в XVII веке, а в Британию их привёз в 1660 году принц Рупрехт Пфальцский – в честь которого они и получили название.
Уже в 1665 году Роберт Гук описал эксперименты с каплями Руперта, и в последующие столетия они получили распространение как изящное украшение или диковинка.
Поведение капель физики смогли объяснить только в конце XX века, используя современные оптические приборы.
Когда капля расплавленного стекла падает в холодную воду, её внешний слой охлаждается намного быстрее внутреннего. В итоге сердцевина капли и её оболочка имеют разную структуру. Но объём сердцевины не может сильно увеличиться, поскольку ему мешает внешний слой. В итоге сердцевина испытывает механические напряжения растяжения, а внешняя часть – напряжения сжатия. Такая оболочка очень прочна и выдерживает огромные нагрузки, но если её разрушить, напряжения высвобождаются, и капля взрывается.
На кадрах, полученных высокоскоростной съёмкой, видно, что фронт разрушения проходит по капле с огромной скоростью – около 1,4 км/с (для сравнения, скорость звука в воздухе –
0,33 км/с). Неудивительно, что взрывной распад капель оставался необъяснённым на протяжении трёх с половиной столетий.
Вероятно, именно “батавские слёзки” подсказали учёным идею закалять стекло, нагревая его до высокой температуры и затем быстро охлаждая. У закалённого стекла нет хвостика, за которое его можно сломать, однако оно может разрушиться, если ударить в точку наибольшего напряжений (например, по краю стекла).