محمد الجنون
أخبار الآن | دبي – الإمارات العربية المتحدة
هل سمعتم من قبل بـ”قطرة روبرت” التي تتكون من قطعتي زجاج لهما نفس التركيب الكيميائي، ولكنهما تختلفان من حيث الخواص الميكانيكية عند تعرض كلٍّ منهما لمعالجة حرارية مختلفة؟
نعم، إنّها القطرة المعروفة تاريخياً بقطرة “الأمير روبرت”، وهو الأمير البريطاني روبيرت بافاريا (1619-1682) وهو حفيد جيمس الأول.
ما يميز هذا النوع من الزجاج، أنه يتحمل أثقالاً كبيرة وقوته تماثل قوة الفولاذ ويتحمل الرصاص، لكنه عند كسره من طرفه الرفيع، يتشظى لقطع ناعمة. وبقي تفسير هذه الظاهرة عصياً على العلماء، حتى تمت دراسة الزجاج والمعالجات الحرارية له بشكل مفصل.
كيف تتشكل هذه القطرات؟
عند صهر الرمل السيليكاتي (تبلغ درجة انصهاره ~15000C) يتم أخذ قطرة من الرمل الذي تعرض للإنصهار، ثم يخضع لعملية تبريد سريع ضمن وعاء مائي متوازن حرارياً مع درجة حرارة الغرفة، ويكون شكل القطرة المتصلبة كروية وفي طرفها شبه ذيل يتناقص قطره ليصبح رفيعاً جداً.
وباعتبار شكل القطرة غير منتظم، فإن آلية التبريد ستكون مختلفة عن مادة ذات شكل منتظم. ولذلك، فإنّ الطبقات الخارجية للزجاج تبردُ بسرعة كبيرة، وتتقلّص حالما تتصلب، بينما تبقى الطبقات الداخلية حامية في الدخل وتنخفض حرارتها بشكل أبطأ من الطبقات الخارجية. وبذلك، فإن الطبقات الداخلية سوف تتقلص أيضاً حالما تتصلب، لكن بما أنّ الطبقات الخارجية قد تصلّبت في وقتٍ سابق، فإنها لن تتلاءم في الشكل النهائي مع الطبقات الداخلية.
و يمكن اعتبار قطرة الأمير روبرت مادة زجاجية عالية الإجهاد ميكانيكياً، وتسعى إلى الاستقرار عند وجود مؤثر خارجي يستطيع تجاوز الحاجز الطاقي، يتمثل ذلك بطرق طرف القطرة بلطف، الأمر الذي يؤدي إلى انكسار المادة بشكل مفاجئ.
وبسبب سرعة انتشار التكسر ضمن القطرة، تستخدم كاميرات خاصة يمكنها التقاط أكثر من fps100000، وقد دلت الحسابات باستخدام هذه الكاميرات، أنّ السرعة الوسطية لانتشار الكسر ضمن القطرة تبلغ 1658 m/s، لذلك من المستحيل رؤية انتشار الكسر بالعين المجردة.
مصدر الصورة: lenta.ru
للمزيد:
