Արքայազն Ռուպերթի կաթիլ

**Արքայազն Ռուպերթի կաթիլներ**` (), (հայտնի են նաև որպես հոլանդական կամ **բատավյան արցունքներ**) կոփած ապակու կաթիլներ են, որոնք ստացվում են հալված ապակին կաթեցնելով սառը ջրի մեջ։ Այդ գործընթացի արդյունքում ձևավորվում է ձվաձև գլխիկով և երկար, բարակ պոչիկով կաթիլ։ Այս կաթիլների ներսում առաջանում են շատ բարձր լարվածություններ, որոնք նրանց տալիս են հակասական հատկություններ. օրինակ՝ կաթիլի գլխիկը կարող է դիմակայել մուրճի կամ գնդակի հարվածին և չկոտրվել, սակայն եթե բարակ պոչիկը թեկուզ մի փոքր վնասվի, ամբողջ կաթիլը ակնթարթորեն պայթում է մանր բեկորների։ Բնության մեջ նմանատիպ կառուցվածքներ ձևավորվում են որոշակի պայմաններում հրաբխային լավայի մեջ և հայտնի են որպես Պելեի արցունքներ։

## Պատմություն
Ապակուց պատրաստված նման կաթիլները, ամենայն հավանականությամբ, ապակեգործներին հայտնի էին դեռ շատ հին ժամանակներից, սակայն գիտնականների ուշադրությունը գրավեցին միայն 17-րդ դարի կեսերին։ Կաթիլները Եվրոպայում հայտնվել են տարբեր աղբյուրների համաձայն՝ Նիդերլանդներում, Դանիայում կամ Գերմանիայում։ Անգլիա դրանք բերել է Պֆալցի արքայազն Ռուպերթը։ Կաթիլների պատրաստման տեխնոլոգիան երկար ժամանակ պահվում էր գաղտնի, սակայն պարզվեց, որ այն չափազանց պարզ է։

## Փորձ
Եթե հալված ապակին կաթեցվի սառը ջրի մեջ և այն չպայթի, այլ սկսի կարծրանալ, կստացվի փոքրիկ կաթիլ՝ գլխիկով և երկար, կորացած պոչիկով, որը հիշեցնում է շերեփուկի։ Կաթիլի «գլխիկը» ունի բացառիկ ամրություն, կարելի է ամբողջ ուժով մուրճով հարվածել դրան, և կախված կաթիլի չափից՝ այն կարող է դիմակայել մինչև 30 տոննա ճնշման՝ նույնիսկ պողպատի վրա հետք թողնելով։

Սակայն բավական է անգամ փոքր-ինչ վնասել կամ կոտրել պոչիկը, ամբողջ կաթիլը ակնթարթորեն պայթում է մանր բեկորների՝ այդ գործընթացը սկսվում է պոչիկից և շարժվում դեպի գլխիկ։ Այդ պատճառով պոչիկը կոտրելը ցանկալի է իրականացնել հեղուկի շերտի տակ՝ հատուկ գործիքի, օրինակ՝ մետաղյա ունելիքի միջոցով, քանի որ նման փորձի ժամանակ ոչ միայն ապակու բեկորներից կա վտանգ, այլ նաև ջրում առաջանում է հզոր հիդրոհարված՝ պայմանավորված բեկորների շատ արագ տարածմամբ։ Բարձր արագությամբ նկարահանման ժամանակ երևում է, որ «պայթյունի» ալիքը շարժվում է կաթիլում մեծ արագությամբ՝ մոտ 1,2 կմ/վ (համեմատության համար՝ օդում ձայնի արագությունը 0,34 կմ/վ է, իսկ պայթուցիկի դետոնացիայի արագությունը՝ 2-9 կմ/վ)։

Եթե փորձը կատարվում է մթության մեջ, նկատվում է նաև տրիբոլյումինեսցենցիա (մեխանիկական ազդեցությունից առաջացող լույս)։ Բևեռացված լույսի տակ ակնհայտ է, որ կաթիլը իզոտրոպ չէ, այլ ունի ուժեղ ներքին լարվածություններ, որոնք էլ պայմանավորում են դրա յուրահատուկ հատկությունները։

## Ֆիզիկական բացատրություն
Երբ հալված ապակու ջերմաստիճանը նվազում է, այն չի բյուրեղանում, այլ անցնում է ապակենման վիճակի․ այսինքն՝ կարծրացող ապակու ատոմները չեն հասցնում զբաղեցնել իրենց «ճիշտ» դիրքերը, և առաջացնում են մի կառուցվածք, որն ավելի շատ նման է հեղուկի կառուցվածքին։ Այս վիճակում ապակու հատկությունները, մասնավորապես՝ ծավալը, զգալիորեն կախված են հալվածքի սառեցման արագությունից։

Երբ 400–600 °C ջերմաստիճանում հալված ապակուց կաթիլը ընկնում է ջրի մեջ, արտաքին շերտը շատ արագ է սառչում՝ այնպես, որ ապակու կառուցվածքը չի հասցնում վերադասավորվել, և համապատասխան ծավալի փոփոխությունը (նվազումը) փոքր է։ Միևնույն ժամանակ, կաթիլի միջուկը դանդաղ է սառչում, որի արդյունքում ապակու կառուցվածքը փոփոխվում է շատ ավելի զգալիորեն, քան արտաքին շերտինը։ Սակայն միջուկի ծավալը չի կարող համապատասխան կերպ փոփոխվել իր կառուցվածքի փոփոխությանը, քանի որ արտաքին շերտը խոչընդոտում է այդ գործընթացին։ Արդյունքում՝ միջուկում առաջանում է ձգողական լարվածություն, իսկ արտաքին շերտում՝ սեղմման։ Այլ կերպ ասած, սառած կաթիլի ներքին հատվածում գործում են ձգողական, իսկ արտաքին շերտում՝ սեղմման մեխանիկական լարվածություններ։ Սեղմված պատյանը շատ ամուր է (նման կառուցվածք ունեն, օրինակ, աերոզոլային բալոնների հատակները կամ մետրոյի բետոնե թունելները), սակայն եթե պատյանը վնասվում է, բոլոր լարվածությունները միանգամից ազատվում են, և կաթիլը պայթում է։

Նույն սկզբունքով նաև ստանում են կոփած ապակի, սակայն այդ դեպքում չկա այնպիսի պոչիկ, որի միջոցով հնարավոր լինի կոտրել պատյանը (դրա «պոչիկներ» կարելի է համարել միայն ամենամեծ կորություն ունեցող անկյունները)։ Եթե պատյանը հաջողվի կոտրել (օրինակ՝ նման ապակուց բաժակը տեղադրել մյուսի մեջ և տաքացնել, կամ հարվածել ապակու թերթի ծայրին), հնարավոր է նույնպիսի «պայթյուն»։

## Կիրառություն
Չնայած կաթիլի գլխիկի բարձր ամրությանը, դրա կիրառական նշանակությունը փաստագրված չէ։ Կաթիլի թույլ կողմը պոչիկն է, որը շատ հեշտ է կոտրել։ Պոչիկի վնասման դեպքում ամբողջ կաթիլը փշրվում է, ինչի պատճառով դրանք գրեթե չունեն գործնական արժեք։

Արդեն 19-րդ դարից հայտնի է, որ որոշակի պայմաններում հրաբխային լավան կարող է ձևավորել կառուցվածքներ, որոնք նման են Արքայազն Ռուպերթի կաթիլներին։ Վերջին շրջանում Բրիստոլի համալսարանի և Իսլանդիայի համալսարանի հետազոտողները լաբորատոր պայմաններում ուսումնասիրել են կաթիլների պայթյունային քանդման արդյունքում առաջացող ապակու մասնիկները՝ ավելի խորությամբ հասկանալու մագմայի բեկորացման և մոխրի ձևավորման մեխանիզմները, որոնք պայմանավորված են ակտիվ հրաբուխներում կուտակված ջերմային լարվածություններով։

## Ծանոթագրություններ

## Արտաքին հղումներ
* Раскрыта загадка стеклянных слез принца Руперта // lenta.ru, 10 мая 2017
* 
* 
* 
* 

Կատեգորիա:Հիդրոմեխանիկա
Կատեգորիա:Ֆիզիկական էֆեկտներ և երևույթներ