鲁珀特玻璃泡

跳转到导航跳跃搜索鲁伯特王子的水滴(也被称为荷兰人或巴塔维亚人的眼泪)[1][2]是将熔化的玻璃滴入冷水中形成的钢化玻璃珠子，这会使其凝固成蝌蚪形状的水滴，并有一条又长又细的尾巴。这些液滴的内部特征是非常高的残余应力，这会产生与直觉相反的特性，例如能够承受锤子或子弹对球状末端的打击而不会断裂，而如果末端受到轻微损坏，则会表现出爆炸性解体。在自然界中，在特定条件下火山熔岩中也会产生类似的结构，它们被称为贝利的眼泪。

这些水滴是以莱茵河上的鲁珀特王子(Prince Rupert)的名字命名的，他于1660年将它们带到了英国，尽管据报道，这些水滴是17世纪初在荷兰生产的，玻璃制造商可能知道的时间要长得多。皇家学会将它们作为科学珍品进行研究，对它们不同寻常特性原理的揭示可能导致了钢化玻璃生产工艺的发展，该工艺于1874年获得专利。在20世纪和21世纪进行的研究进一步揭示了这种相互矛盾的特性下降的原因。

鲁伯特王子的水滴是通过将熔化的玻璃滴滴入冷水中而产生的。水由外而内迅速冷却并凝固玻璃。这种热淬火可以用快速冷却球体的简化模型来描述。[3]鲁伯特王子的水滴由于两种不同寻常的机械特性近400年来一直是科学上的好奇之物：[4]当尾巴被剪断时，水滴会爆炸解体成粉末，而球状的头部可以承受高达15,000牛顿(3400磅)的压缩力。[2]。

爆炸解体是由于切割尾部时发生的多个裂纹分叉事件造成的-单个裂纹在尾部中心的拉伸残余应力场中加速，并在达到1,450-1,900米/秒(3,200-4,300英里/小时)的临界速度后分叉。[5][6]考虑到这些高速，只能通过观察尾部和使用高速成像技术来推断由于裂纹分叉引起的解体过程。这也许就是为什么几个世纪以来这些水滴的奇特特性一直没有得到解释的原因。[7]。

水滴的第二个不同寻常的性质，即头部的强度，是存在于头部外表面附近的巨大压缩残余应力-高达700兆帕斯卡(100000磅)-的直接结果。[2]这种应力分布是通过使用玻璃的应力诱导双折射的自然属性和采用三维光弹性技术来测量的。由于残余压应力造成的高断裂韧性，使得鲁伯特王子的Drops成为最早的钢化玻璃例子之一。

伦敦皇家学会的“笔记和记录”对鲁伯特王子滴水的早期历史进行了学术描述。早期对水滴的大部分科学研究都是在皇家学会进行的。[8]。

据可靠报道，早在1625年，这种下降就发生在北德的梅克伦堡。[9]然而，有人声称它们是在荷兰发明的(尽管有人说它们是从罗马帝国时代起就被玻璃制造商知道的)，[8]因此在17世纪，它们的通用名称是lacrymae Borussicae(普鲁士眼泪)或lacrymae Batavicae(荷兰眼泪)。[10]如何制作它们的秘密在梅克伦堡地区保留了一段时间，尽管这些水滴从那里散布到欧洲各地，作为玩具或古董出售。

荷兰科学家康斯坦丁·惠更斯要求纽卡斯尔公爵夫人玛格丽特·卡文迪什调查这些液滴的性质，她在进行实验后的看法是，有少量挥发性液体被困在其中。[11]

虽然鲁珀特王子没有发现这些水滴，但他在它们的历史上发挥了作用，在1660年将它们带到了英国。他把它们送给了国王查尔斯二世，国王又在1661年将它们交给了皇家学会(该学会是在前一年成立的)用于科学研究。英国皇家学会(Royal Society)的几份早期出版物对水滴进行了描述，并描述了所进行的实验。[12]在这些出版物中有罗伯特·胡克的《1665年的显微摄影》，他后来发现了胡克定律。[4]他的出版物正确地列出了可以说的关于鲁伯特王子的水滴的大部分内容，但没有比当时更全面的理解，对弹性(胡克本人后来也对此做出了贡献)以及裂纹扩展导致的脆性材料的失效等问题的理解都是正确的。对裂纹扩展的更全面的理解要等到A.A.格里菲斯在1920年的工作中才能得到。[13]。

1994年，普渡大学工程学教授Srinivasan Chandrasekar和剑桥大学材料组组长Munawar Chaudhri使用高速成帧摄影观察了液滴的破碎过程，得出的结论是，虽然液滴的表面承受着很高的压应力，但内部却承受着很高的拉力，形成了一种不平等的平衡状态，很容易被打断尾巴。然而，这留下了一个问题，即压力是如何分布在鲁珀特王子的酒馆里的。

在2017年发表的另一项研究中，该团队与爱沙尼亚塔林理工大学(Tallinn University Of Technology)教授希拉尔·阿本(Hillar Aben)合作，使用透射偏振镜测量红色LED通过玻璃滴时的光延迟，并使用数据构建整个滴滴的应力分布。这表明液滴头部的表面压应力比之前认为的高达700兆帕斯卡(10万磅/平方英寸)要高得多，但这个表面压缩层也很薄，只有液滴头部直径的10%左右。这使表面具有很高的断裂强度，这意味着为了打破液滴，必须产生一个进入内部张力区的裂缝。由于表面上的裂纹倾向于平行于表面生长，它们不能进入张力区，但尾部的扰动允许裂纹进入张力区。[14]。

通过淬火生产钢化玻璃的过程很可能是受到了对这些液滴的研究的启发，因为它在1874年由巴黎人弗朗索瓦·巴特勒米·阿尔弗雷德·罗耶·德拉巴斯蒂(Parisian Francois Barthelemy Alfred Royer De La Bastie)在英国获得专利，就在V.de Luynes发表了他使用这些液滴进行实验的一年后。[8]。

至少从19世纪开始就已经知道，在特定条件下，火山熔岩中会产生与鲁伯特王子的水滴相似的水滴。[15]最近，布里斯托尔大学和冰岛大学的研究人员在实验室对鲁伯特王子的水滴爆炸破碎产生的玻璃颗粒进行了研究，以更好地了解活火山中储存的热应力所驱动的岩浆破碎和火山灰形成。[16]。

由于鲁珀特王子的水滴被用作聚会用品，17世纪末变得广为人知--远远超过今天。从它们在当时文学中的使用可以看出，受过教育的人(或社会中的那些人)应该熟悉它们。塞缪尔·巴特勒(Samuel Butler)在他1663年的诗“哈迪布拉斯”(Hudibras)中用它们作为比喻，[17][18]，佩皮斯在他的日记中提到了它们。[19]。

这些水滴在格雷舍姆学院匿名歌谣(1663年)的一段诗句中永垂不朽：

还有那些使他们的声望更响亮的东西，他们用更多的言辞向国王示意，让玻璃纽扣变成粉末，如果你把他们的领带拧下来，你只要拧一下就行了。(这句话的意思是：“你只要拧紧他们的领带，就能把玻璃钮扣变成粉末)。”SOE小分队是如何做到这一点的，确实花费了这位学院一个月的讲演时间。[20]

日记作家乔治·邓普顿·斯特朗(第4卷，第2122页)写道，1867年冬天，纽约市东河载着行人的冰突然危险地破裂，冰一下子变成了碎片，就像鲁珀特王子的一滴水。

阿尔弗雷德·贾里1902年的小说“超级男性”在比喻玻璃熔滴时提到了这些水滴，玻璃熔滴是从一个故障设备上掉下来的，这个设备原本是要让11000伏的电流通过这个超级男性的身体。

西格蒙德·弗洛伊德(Sigmund Freud)在“群体心理学与自我分析”(1921)一书中讨论了军事团体的解散，他注意到了失去领袖所带来的恐慌：团体消失在尘土中，就像鲁伯特王子(Prince Rupert)尾巴被折断时的落水点。

E.R.埃迪森1935年的小说“情妇”引用了鲁伯特在最后一章中的点滴，因为菲奥琳达引爆了一整套的点滴。

在迈克尔·英尼斯(J.I.M.Stewart)于1940年出版的侦探小说“雾与雪都来了”中，有一个人物错误地将他们称为维罗纳·德罗斯(Verona Drops)；侦探约翰·阿普尔比爵士(Sir John Appleby)在小说接近尾声时更正了这一错误。

在他1943年的中篇小说“召唤妻子”中，弗里茨·莱伯用鲁珀特王子的水滴来比喻几个人物性格的变化无常。这些小镇的大学教职员工看起来很平静，不受影响，但只需轻轻一挥，就会爆炸。

彼得·凯里在他1988年的小说“奥斯卡与露辛达”中用了一章的篇幅讲述了这一点。

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