Sinu brauser on natuke ajast maha jäänud. Et kõik töötaks, nagu vaja, palun uuenda enda brauserit.
Küpsised aitavad meil teenuseid edastada. Meie teenuseid kasutades nõustute sellega, et kasutame küpsiseid. ROHKEM INFOT >
Postimees 160 Juubeli puhul loe seda lugu tasuta!

Eesti teadlased lahendasid 17. sajandi teaduse suurima mõistatuse

1
KOMMENTEERI PRINDI ARTIKKEL
Prints Ruperti pisarate peaosa on mehaanilisele survele erakrodselt vastupidav, kuid kui nende sabaosa kasvõi õrnalt pigistada, puruneb terve moodustis plahvatuslikult. | FOTO: imgur.com

Kuidas on võimalik, et prints Ruperti pisarad on ühtaegu nii tugevad ja nii haprad?

Kõige tavalisemast klaasist võib väga lihtsalt valmistada veidra tilga, mis on teadlasi juba aastasadu hämmingusse ajanud. Nimelt, kui klaasi kuumutada, kuni see hõõguvaks ja vedelaks muutub, ning vedel klaas siis külma vette kukutada, tekivad piklikud konnakullese kujuga vormid, mida tuntakse prints Ruperti pisaratena.

Saadud klaasitilgad näivad küll haprad, kuid on teadlaste tähelepanu pälvinud just vastupidavusega – tilga pead võib kasvõi haamriga taguda, kuid katki see ei lähe. Kui aga kahjustada pisara saba, ei murdu see küljest, nagu klaasilt oodata võiks, vaid terve moodustis plahvatab tolmuks.

Vaata, kuidas purunemine toimub, alljärgnevast videost:

Nime on pisarad saanud Baierimaa printsi Ruperti järgi, kes oli mitmekülgne mees – lisaks sõjapidamisele oli ta tunnustatud amatöörkunstnik, sportlane ja teadlane. 1660. aastal Inglismaad külastades kinkis ta kuningas Charles II-le peotäie klaaspisaraid, millega Baieris oma õukonda lõbustada armastas.

Aasta hiljem andis kuningas pisarad edasi Kuninglikule Akadeemiale teaduslikuks uurimiseks. Pisaratest sai 17. sajandi teaduse suurim mõistatus, kuna keegi ei osanud nende kummalisi omadusi seletada. Tänapäeva tehnoloogiata ei olnud see lihtsalt võimalik. Alles nüüd on teadlased jõudnud seletuseni. Uurimistöö viidi seejuures läbi Tallinna Tehnikaülikooli fotoelastsuse laboris.

Saladuskatet õnnestus pisut kergitada aastal 1994, mil ameerika ja inglise teadlased suutsid ülikiire kaamera abil tõestada, et klaaspisara plahvatus saab alguse sabast ja levib seejärel ülisuurel, silmale hoomamatul kiirusel pisara peani. Teadlaste järeldus oli, et vette valamisel klaasi pind taheneb ja karastub, kuid sisemus on endiselt kuum ja vedel. Kui lõpuks jahtub ka pisara sisemine osa, tõmbub seegi kokku, põhjustades klaasis väga suuri tõmbepingeid. Kõik see loobki pingete kokteili, mis teeb pisara äärmiselt vastupidavaks, kuid teatud tingimustes ülimalt hapraks.

Läbi polaroidklaasi vaadates on näha, kuidas prints Ruperti tilga eri piirkondades valitsevad erinevad pinged. / Aben et al. ©2017 American Institute of Physics

Vastuseta jäi aga küsimus, miks on just sellise pisara pea nii tugev. Täpsemini – kuidas pinged klaasis jaotuvad? Vastuse leidmiseks kutsuti asja uurima grupp Eesti teadlasi eesotsas akadeemik Hillar Abeniga. Nimelt on Eestis välja töötatud meetod, mille abil on võimalik määrata läbipaistvas tahkises valitsev jääkpinge, seejuures materjali lõhkumata.

«Mõned aastad tagasi, pärast üht Purdue ülikoolis peetud meie meetodit tutvustanud loengut tulid minu juurde kohalikud teadlased ja küsisid, kas selle meetodiga oleks võimalik mõõta ka nendes klaasnubludes olevaid pingeid. Ütlesin, et muidugi on. Hiljem olen isegi veidi kahetsenud, et ise selle uurimisteema peale ei tulnud,» muheles uuringu projekti juhtinud Aben.

«Meie tugevus on, et oskame neid pingeid mõõta – meil on selleks olemas nii meetod kui ka seadmed. Seetõttu saime kohe aru, milles asi on. Kui pinged kätte saad, on kohe teada, miks pisarad niimoodi käituvad,» seletas akadeemik.

TTÜ fotoelastsuse laboris Johan Antoni ja Marella Õie käe all läbi viidud mõõtmiste tulemused on jahmatavad – vastavalt ajakirjas Applied Physics Letters avaldatud uuringule valitseb piisa pinnal kuni 700 megapaskali suurune survepinge. See on ligi 7000 korda suurem pinge kui Maa atmosfääris, ning ligikaudu 1/14 pingest, mille all sünnib teemant. Pinge all kiht on aga väga õhuke, moodustades kokku vaid ligi kümnendiku pisarapea läbimõõdust.

Nagu selgitasid välja Purdue ülikooli teadlased, annab see survepinge pisarale tugevuse. Selleks et pisar katki teha, tuleks peasse lüüa siseosani ulatuv mõra, kuid kuna selles klaasi osas tekivad mõrad enamasti pinnaga paralleelselt, ei saa need jõuda piisavalt sügavale, et purunemist vallandada. Pisara sabas on tugev kest aga palju õhem.

«Selle uuringuga on lõpuks välja selgitatud, miks nende piisakade pea nii tugev on,» ütles uuringus osalenud M. M. Chaundhri Cambridge’i ülikoolist phys.org’ile. «Usun, et oleme suurema osa lahtistest otstest kinni sõlminud, kuigi alati võib ootamatult kerkida uusi küsimusi.»

Uuring ilmus ajakirjas Applied Physics Letters.

Tagasi üles