루퍼트 왕자의 눈물

루퍼트 왕자의 눈물(루퍼트 왕자의 구슬, Prince Rupert's drop)이란 Prince Rupert의 물방울(네덜란드 또는 바타비아의 눈물이라고도 함)은 용융 유리를 찬물에 떨어뜨려 생성된 강화 유리 구슬로, 이로 인해 길고 가는 꼬리가 있는 올챙이 모양의 물방울로 응고된다. 이러한 액적은 내부적으로 매우 높은 잔류 응력을 가진다. 이는 둥근 머리 부분에 가해지는 큰 충격을 견딜 수 있는 능력과 함께, 반대로 꼬리 끝을 조금이라도 다치는 경우에는 폭발적으로 분해된다. 자연에서는 화산 용암의 특정 조건에서 유사한 구조가 생성되며 Pele의 눈물(Pele's tears)로 알려져 있다.

역사

방울의 이름은 17세기 초 네덜란드에서 생산되었으며, 보고된 바에 따르면 유리 제작자에게 훨씬 더 오랫동안 알려졌을 것으로 생각된다. 그러나 1660년에 영국으로 가져온 라인강의 루퍼트 왕자의 이름을 따서 명명되었다. 그들은 왕립 학회에서 과학적 호기심으로 연구되었으며 특이한 특성의 원리가 밝혀지면서 1874년에 특허를 받은 강화 유리 생산 공정이 개발되었다.

특성

루퍼트 왕자의 방울은 녹은 유리 방울을 찬물에 떨어뜨려 생성된다. 물은 외부에서 내부로 유리를 빠르게 냉각시키고 응고시킨다. 이 열적 담금질은 빠르게 냉각된 구의 단순화된 모델을 사용하여 설명할 수 있다. 루퍼트 왕자의 물방울은 두 가지 특이한 기계적 성질로 인해 거의 400년 동안 과학적 호기심으로 남아 있었다.

폭발적 분해는 꼬리가 잘릴 때 여러 균열 분기 이벤트로 인해 발생한다. 꼬리 중앙의 인장 잔류 응력장에서 단일 균열이 가속화되고 초당 1,450–1,900미터(3,200미터)의 임계 속도에 도달한 후 분기된다. –4,300mph). 이러한 고속을 감안할 때 균열 분기로 인한 분해 과정은 꼬리를 살펴보고 고속 이미징 기술을 사용해야만 추론할 수 있다. 이것이 아마도 물방울의 이 기이한 특성이 수세기 동안 설명되지 않은 채로 남아 있었던 이유일 것이다.

방울의 두 번째 특이한 특성, 즉 헤드의 강도는 헤드의 외부 표면 근처에 존재하는 최대 700메가파스칼(100,000psi)의 큰 압축 잔류 응력의 직접적인 결과이다. 이 응력 분포는 응력 유발 복굴절이라는 유리의 고유 특성을 사용하고 3D 광탄성 기술을 사용하여 측정된다. 잔류 압축 응력으로 인한 높은 파괴 인성은 Prince Rupert's drop을 강화 유리의 초기 사례 중 하나로 만든다.

같이 보기

• 루퍼트 왕자의 눈물