شیشه قطره شاهزاده روپرت ؛ وقتی گلوله هم در برابر شکستنی عاجز است! (+فیلم و عکس)

در شرایطی که می توان بخش دم شیشه قطره شاهزاده روپرت را به راحتی شکست، اما برای تخریب بخش سر آن ممکن است به سرعت و نیروی یک گلوله نیاز داشته باشید.

عصر ایران - قطره شاهزاده روپرت (Prince Rupert's drop) یک شیشه قطره اشکی با دمی باریک است که شبیه به یک نوزاد قورباغه نیز به نظر می رسد. شکستن بخش دم شیشه قطره شاهزاده روپرت چندان دشوار نیست، اما بخش گرد سر آن به طور باورنکردنی قوی و مستحکم است. قدرت و استحکام این بخش به اندازه ای است که می تواند در برابر ضربات چکش و حتی گلوله مقاومت کند.

دانلود فیلم

هنگامی که یک شیشه‌ساز، مقداری شیشه مذاب را درون آب سرد می ریزد، به شکل قطره اشکی با دم بلند و باریک منجمد می شود. در شرایطی که می توان بخش دم را به راحتی شکست، اما برای تخریب بخش سر ممکن است به سرعت و نیروی یک گلوله نیاز داشته باشید. نکته جالب توجه این است که حتی گلوله نیز در برخورد با شیشه قطره شاهزاده روپرت می تواند از هم بپاشد.

علم در پس جادو

هنگامی که گلوله به قطره شاهزاده روپرت برخورد می کند می توان خط سفیدی را مشاهده کرد که از قسمت دم شیشه به سمت سر آن حرکت می کند. این حرکت موج شوک است. دو عامل استحکام فشاری ایجاد شده در شیشه قطره اشکی طی شکل گیری آن و تنش پسماند ضربه موجب تخریب تقریبا آنی شیشه می شود. در کسری از ثانیه کل قطره اشک روپرت به پودری از ذرات شیشه تبدیل می شود.

گلوله به دلیل آزاد شدن نیروی فشاری از سر شیشه خرد می شود. تکه های گلوله به اطراف پراکنده می شوند.

شیشه در دمای بین 2552 تا 2912 درجه فارنهایت (1400 تا 1600 درجه سلسیوس) ذوب می شود. زمانی که شیشه‌ساز یک قطره شیشه مذاب را درون آب می ریزد، سطح آن به سرعت خنک شده و پوسته ای سخت اطراف بخش مایع داخلی را فرا می گیرد. این شبیه به سفت شدن سریع تر سفیده تخم مرغ نسبت به زرده آن است.

شیشه مذاب در بخش داخلی با سرعت کمتری سرد و منقبض می شود که لایه بیرونی را تا حد امکان به سمت داخل می کشد. هسته داخلی به شدت فشرده می شود که میزان کشش باورنکردنی در قطره را موجب می شود. این نیروی فشاری که لایه ها را به هم متصل نگه می دارد، یک جاذب شوک قوی از جنس شیشه ایجاد می کند. کشش سطحی قطره را یکپارچه نگه می دارد.

دانلود فیلم

آهنربای نئودیمیوم؛ ویژگی های جالب یک آهنربای ساخته از آلیاژ (+فیلم و عکس)

آهنربای نئودیمیوم؛ ویژگی های جالب یک آهنربای عصبی! (+فیلم و عکس)

آهنرباهای نئودیمیوم به اندازه ای قوی هستند که عدم رعایت نکات ایمنی هنگام کار با آنها می تواند به بروز آسیب دیدگی برای انسان منجر شود.

عصر ایران - آهنربا ماده یا جسمی است که میدان مغناطیسی تولید می کند. این میدان مغناطیسی نامرئی مسئول قابل توجه‌ترین ویژگی آهنربا است: نیرویی که به مواد فرومغناطیس دیگر مانند آهن، فولاد، نیکل، کبالت و غیره وارد می شود و آهنرباهای دیگر را جذب یا دفع می کند.

کانال عصر ایران در تلگرام

آهنربا می تواند دائمی باشد که میدان مغناطیسی ثابت دارد، یا الکترومگنت (آهنربای الکتریکی) باشد که با اعمال جریان الکتریکی ایجاد می شود.

اَبَرآهنربا (Super magnet) به طور کلی اصطلاحی است که برای آهنربای نئودیمیوم (Neodymium magnet)، قوی‌ترین آهنرباهای دائمی که به صورت تجاری در دسترس است، استفاده می شود. همچنین، اَبَرآهنربا می تواند به یک آهنربای الکتریکی قدرتمند اشاره داشته باشد.

دانلود فیلم

دو اَبَرآهنربا را به هم نزدیک نکنید!

آهنرباهای نئودیمیوم به اندازه ای قوی هستند که عدم رعایت نکات ایمنی هنگام کار با آنها می تواند به بروز آسیب دیدگی برای انسان منجر شود.

آهنرباهای نئودیمیوم شناخته شده‌ترین و پر استفاده‌ترین اَبَرآهنربا هستند که از آلیاژ نئودیمیوم، آهن، و بور برای شکل گیری ساختار Nd2Fe14B ساخته می شوند.

یک آهنربای نئودیمیوم به طور معمول ظاهری شبیه فولاد ضدزنگ پولیش خورده دارد. این آهنربا می توانند تا 1300 برابر وزن خود را نگه دارند. این به معنای آن است که یک آهنربای نئودیمیوم یک گرمی می تواند یک کره آهنی تا وزن 1.3 کیلوگرم را نگه دارد.

برخورد دو اَبَرآهنربا با یکدیگر می تواند موجب بروز جرقه شود زیرا میدان های مغناطیسی با هم ترکیب شده و موجب حرکت بارهای الکتریکی می شود. اما باید به این نکته اشاره داشت که خود اَبَرآهنرباها هنگام برخورد آتش نمی گیرند یا نمی سوزند. جرقه ها پدیده ای کوتاه مدت هستند و همانگونه که اشاره شد حاصل تعامل میدان های مغناطیسی و حرکت بار است.

آشنایی با آلیاژهای حافظه‌دار

آلیاژ حافظه‌دار؛ درباره این ویژگی جالب چه می‌دانید؟ (+فیلم)

نیکل و تیتانیوم از مهم‌ترین و شناخته شده‌ترین عناصر مورد استفاده در آلیاژهای حافظه‌دار هستند. پرکاربردترین آلیاژ این دو عنصر با نام "نیتینول" شناخته می شود. این آلیاژ از خواص مکانیکی عالی برخوردار است.

عصر ایران - آیا تا به حال درباره آلیاژهای فلزی حافظه‌دار چیزی شنیده اید؟ برخی فلزات می توانند شکل اولیه خود را به خاطر سپرده و در صورت تغییر شکل در حضور محرکی مانند گرما به شکل پیشین خود باز گردند.

---

آلیاژهای حافظه‌دار شکلی (Shape Memory Alloy) گروهی از آلیاژها هستند که می توانند زیر میزان مشخصی از تنش و گرما به شکل و اندازه پیشین خود بازگردند. آلیاژهای حافظه‌دار شکلی از الاستیسیته (ویژگی تغییر شکل بازگشت‌پذیر) بالایی برخوردار هستند. این ویژگی با دو فاز بین فلزی منحصر به فرد آستنیت و مارتنزیت مرتبط است.

آلیاژهای حافظه‌دار با قرار گرفتن در معرض گرما می توانند تغییر شکل دهند، از این رو، می توانند کارایی بالایی داشته باشند. در واقع، این امکان فراهم می شود تا از آنها برای تبدیل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی استفاده کرد. به عنوان نمونه، با استفاده از سیم ساخته شده از آلیاژ حافظه‌دار می توانید یک پیشرانه بسازید.

دانلود فیلم

از جمله آلیاژهای حافظه‌دار می توان به موارد زیر اشاره کرد:

نیتینول(نیکل-تیتانیوم) یا NiTi: نیکل و تیتانیوم از مهم‌ترین و شناخته شده‌ترین عناصر مورد استفاده در آلیاژهای حافظه‌دار هستند. پرکاربردترین آلیاژ این دو عنصر با نام "نیتینول" شناخته می شود. این آلیاژ از خواص مکانیکی عالی برخوردار است.

آلیاژهای Cu-Al-Ni، Fe-Mn-Si، و Cu-Zn-Al: خواص مکانیکی این ترکیبات نسبت به نیتینول ضعیف‌تر است و همچنان در حال توسعه هستند.

نیکل-منگنز-گالیوم (Ni-Mn-Ga): از آلیاژهای حافظه‌دار مغناطیسی هستند که به جای دما زیر تاثیر میدان های مغناطیسی قرار می گیرند. این آلیاژها نیز در حال توسعه هستند.

دانلود فیلم

اثر حافظه شکلی و شبه الاستیسیته

اثر حافظه شکلی (Shape Memory Effect) آن چیزی است که به آلیاژ حافظه‌دار امکان بازگشت به شکل اولیه خود پس از گرم شدن را می دهد. اثر حافظه شکلی در واقع یک فرآیند تبدیل فاز مارتنزیت به آستنیت ناشی از گرما است. این تغییر فاز موجب بازگشت ماده به شکل اولیه خود می شود.

انعطاف‌پذیری بالا یکی دیگر از ویژگی های آلیاژهای حافظه‌دار است. از آنجایی که کشیدگی پیوندهای اتمی رخ نمی دهد، انعطاف‌پذیری این آلیاژها به نام شبه الاستیسیته یا الاستیسته کاذب نیز شناخته می شود.

دانلود فیلم

کاربرد آلیاژهای حافظه‌دار

آلیاژهای حافظه‌دار در زمینه ساخت تجهیزات پزشکی از جمله برای ارتوپدی، مغز و اعصاب، قلب و عروق، لوازم و وسایل دندانپزشکی، ایمپلنت ها و همچنین فریم عینک ها، دستگاه های ایمنی حساس به دما و سیم های راهنما کاربرد دارند.

به عنوان نمونه، از ویژگی شبه الاستیسیته آلیاژهای حافظه‌دار در ارتودنسی استفاده می شود. از سیم های نایتینول برای ثابت نگه داشتن براکت ها استفاده می شود. همچنین، با استفاده از اثر حافظه شکلی، می توان از آلیاژهای حافظه‌دار برای ساخت استنت ها استفاده کرد که برای باز کردن رگ های خونی و پاکسازی گرفتگی رگ های خونی کاربرد دارند.

---

بیشتر بخوانید:

افزایش باورنکردنی قیمت گرانبهاترین فلز جهان

چاپ سه بعدی در فضا با بازیافت فلزات روی ماه

تولید برق با الهام از پوست راه راه گور خر! (+عکس)

پژوهشگران موسسه علم و فناوری گوانگجو در کره جنوبی یک ژنراتور ترموالکتریک (TEG) انعطاف‌پذیر و زیست تخریب‌پذیر را ساخته اند که از بخش های سیاه و سفید برای ایجاد یک گرادیان دمایی در زیر سطح استفاده می کند که این شرایط، برق تولید می کند. 

عصر ایران - ظاهر متمایز پوست گورخر منشا بحث های علمی بسیاری بوده است که از نقش آن در سردرگم کردن شکارچیان تا این که چگونه می تواند از این حیوان در برابر نیش حشرات مزاحم محافظت کند را شامل می شود.

کانال عصر ایران در تلگرام

به تازگی مشخص شد که گورخرها می توانند برای تنظیم دما خز قسمت های سیاه رنگ را بلند کرده تا گرما را از پوست خود دفع کنند.

اکنون، دانشمندان بحث درباره گورخر را در جهتی کاملا متفاوت دنبال کرده و پوست دو رنگ این حیوان منبع الهامی برای ایجاد دستگاهی بوده است که با استفاده از سایه های متضاد به عنوان رسانای گرمایی، برق تولید می کند.

فروش لوازم زنبورداری

پیشنهاد امروز

منبع برق پوشیدنی و زیست تخریب‌پذیر که با الهام از پوست گورخر شکل گرفته است 

پژوهشگران موسسه علم و فناوری گوانگجو در کره جنوبی یک ژنراتور ترموالکتریک (TEG) انعطاف‌پذیر و زیست تخریب‌پذیر را ساخته اند که از بخش های سیاه و سفید برای ایجاد یک گرادیان دمایی در زیر سطح استفاده می کند که این شرایط، برق تولید می کند. 

به گفته یانگ مین سونگ، استاد موسسه علم و فناوری گوانگجو و نویسنده مطالعه، ژنراتورهای ترموالکتریک سنتی بزرگ و حجیم هستند زیرا به همرفت طبیعی متکی بوده که منجر به گرادیان دمایی برون صفحه ای می شود. این به عایق های سخت نیاز دارد که کاربرد ژنراتور ترموالکتریک در دستگاه های انعطاف‌پذیر و پوشیدنی را محدود می کند. ما اکنون با ایجاد دستگاهی درون صفحه ای که انعطاف‌پذیر و زیست تخریب‌پذیر است، از این پاردایم در طراحی خود فراتر رفته ایم. این امر کاربردپذیری آن را افزایش می دهد، در شرایطی که اثر زیست محیطی را با مقیاس‌پذیری، یکپارچگی و پایداری کاهش می دهد.

ماده زیست تخریب‌پذیر  PLCLکه نور خورشید را بازتاب می دهد و پرتوافشانی فروسرخ را برای خنک نگه داشتن ناحیه زیرین خود منتشر می کند، نوارهای سفید دستگاه را شکل می دهد، در شرایطی که ماده PEDOT:PSS که برای چشم انسان سیاه به نظر می رسد، امکان جذب گرمای لازم برای ایجاد گرادیان دمایی را فراهم می کند.

با کمک نانوغشاهای سیلیکونی در طراحی، ژنراتور ترموالکتریک جدید قادر به ایجاد اختلاف دمای 22 درجه سلسیوس برای گرادیان بود.

در شرایطی که مدل آزمایشگاهی یک نمونه اولیه کوچک بود، پژوهشگران کره ای می گویند که امکان تولید برق مداوم در 24 ساعت شبانه روز را دارد و مواد به طور کامل طی 35 روز در سالین تجزیه شد.

به گفته یانگ مین سونگ، همه‌گیری بیماری کرونا موجب استفاده گسترده از ماسک های یک بار مصرف و تجهیزات حفاظتی شد که تاثیرات زیست محیطی بسیار زیادی دارد. این امر بر نیاز به راه حل های پایدار و سازگار با محیط زیست مانند ژنراتورهای ترموالکتریک تاکید دارد که می توانند برای انجام عملکردهای تخصصی در ابزارهای پوشیدنی بکار گرفته شوند.

این مطالعه در نشریه Science Advances منتشر شده است.

چین "ژنراتور مافوق صوت پالس برق" خود را معرفی کرد

چین ژنراتور مافوق صوت نظامی خود را معرفی کرد

گروه علمی: گفته می‌شود ژنراتور مافوق صوت جدید چین، قابلیت تامین نیروی سلاح‌های نسل آینده را دارد.

به گزارش ایسنا، گروهی از پژوهشگران مستقر در پکن، ژنراتوری ابداع کرده‌اند که قابلیت تبدیل گاز داغ در سرعت‌های مافوق صوت به جریان الکتریکی قدرتمند را دارد و برق تولید شده توسط آن می‌تواند برای تامین انرژی لیزرهای نظامی، سلاح‌های مایکروویو، ریل‌گان(تفنگ‌های ریلی) و سایر سلاح‌های انرژی ضربه‌ای استفاده شود.
پژوهشگران چینی می‌گویند که این ژنراتور مگنتوهیدرودینامیک(MHD) بیش از ۱۰ برابر توان تولید شده در آزمایش‌های قبلی را تولید می‌کند.
به گفته ژانگ شیائویوآن(Zhang Xiaoyuan) رهبر این پروژه از مؤسسه مکانیک در آکادمی علوم چین و همکارانش، ژنراتور MHD هیچ بخش چرخشی ندارد که از جمله مزایای منحصر به فرد آن است.این پژوهشگران در مقاله‌ای گفتند که این ژنراتور همچنین ظرفیت زیاد و کارایی بالایی دارد و در عین حال نیازی به اجزای ذخیره انرژی میانی نیست و انرژی را می‌توان مستقیماً بدون سوئیچ با قدرت بالا به بار منتقل کرد و همچنین این دستگاه می‌تواند به سرعت راه‌اندازی شود.

این دستگاه با امواج ضربه‌ای، گاز بی‌اثر را به پلاسمای بسیار رسانا تبدیل می‌کند که با فشرده سازی و شتاب دادن گاز آرگون به سرعت ۱۴ ماخ یا ۱۴ برابر سرعت صوت با ذرات گرم و باردار الکتریکی بارگیری می‌شود.
(گاز بی اثر گازی است که تحت مجموعه‌ای از شرایط معین در واکنش‌های شیمیایی شرکت نمی‌کند. گازهای نجیب اغلب با بسیاری از مواد واکنش نمی‌دهند و از لحاظ تاریخی به آنها گازهای بی‌اثر گفته می‌شد. از گازهای بی‌اثر به ‌طور کلی برای جلوگیری از واکنش‌های شیمیایی ناخواسته تخریب نمونه استفاده می‌شود. این واکنش‌های شیمیایی نامطلوب اغلب واکنش‌های اکسیداسیون و هیدرولیز با اکسیژن و رطوبت موجود در هوا هستند. اصطلاح گاز بی‌اثر وابسته به شرایط است، زیرا می‌توان چندین ماده از گازهای نجیب را در شرایط خاص واکنش داد. )
گازهای پالایش شده آرگون و نیتروژن به دلیل فراوانی طبیعی زیاد و هزینه نسبی پایین بیشتر به عنوان گازهای بی‌اثر مورد استفاده قرار می‌گیرند. یک گاز بی‌اثر برخلاف گازهای نجیب، لزوماً عنصر نیست و به صورت یک گاز ترکیبی است.پژوهشگران چینی می‌گویند این سیستم جدید تنها با استفاده از یک لیتر گاز مافوق صوت، پالس‌های سریع جریان الکتریکی تا ۲۱۲ کیلووات را در طول آزمایش‌ها تولید کرده است.به گفته این گروه پژوهشی، یک گیگاوات برق می‌تواند تنها از ۵ متر مکعب پلاسمای مافوق صوت تولید شود.
ژنراتور مگنتوهیدرودینامیک
انرژی یون‌های متحرک سریع توسط ژنراتور MHD که یک دستگاه لوله‌ای شکل است، گرفته و به برق تبدیل می‌شود.ژنراتور MHD بر خلاف تکنیک‌های معمولی تولید برق، شامل قطعات چرخنده نیست و به اجزای ذخیره انرژی میانی نیاز ندارد، بلکه یک سیستم ساده، مؤثر و با ظرفیت بالا است که می‌تواند برای کاربردهای نظامی مانند سلاح‌های مایکروویو با قدرت بالا استفاده شود.
سیستم این ژنراتور انفجارهایی را ایجاد می‌کند که گاز را به پلاسما تبدیل می‌کند و سپس انرژی پلاسما را به برق پرقدرت تبدیل می‌کند.پژوهشگران می‌گویند: محققان دیگر سعی کرده‌اند از دینامیت برای تولید امواج ضربه‌ای مافوق صوت در یک ژنراتور MHD استفاده کنند، اما این رویکرد به مواد منفجره شیمیایی زیادی نیاز داشت و به دلیل نگرانی‌های ایمنی کنار گذاشته شد.
فرآیند فوق‌العاده برای تولید انرژی
به گفته یک پژوهشگر مستقر در پکن که در این مطالعه جدید مشارکت نداشته است، تبدیل انرژی انفجاری به برق کار آسانی نیست.وی می‌گوید: گروه ژانگ توانسته است همزمان به سرعت و دمای بسیار بالایی دست یابد. مدیریت چنین انفجارهایی بسیار چالش برانگیز است و جامعه از رام کردن این روش خطرناک برای تولید انرژی سود زیادی خواهد برد.
وی افزود: اگر این فناوری در تولید برق کاربرد پیدا کند، ممکن است ما یک «متشکرم» بزرگ به سلاح‌های مافوق صوت بدهکار شویم.سیستم‌های احتراق معمولی نمی‌توانند سیالات یونیزه را برای تولید برق با توان بالا به ‌اندازه کافی شتاب دهند، چرا که این کار نیاز به تأسیسات عظیم با اجزای مکانیکی متعدد و تعمیر و نگهداری منظم دارد.
از طرف دیگر، ژنراتور MHD می‌تواند برق با توان بالا را در یک سیستم ساده و فشرده تولید کند.به گفته محققان، این سیستم می‌تواند راه حلی برای برخی از دشوارترین چالش‌ها در توسعه سلاح‌های انرژی ضربه‌ای ارائه دهد.
چالش‌ها
ادعا می‌شود که این سیستم پتانسیل‌های زیادی دارد، اما عوارض خاصی نیز دارد.کاربران نظامی این فناوری ممکن است در استفاده از آن شک داشته باشند، چرا که این سیستم‌ها چالش‌های فنی زیادی دارند. از طرفی، انفجاری که الکتریسیته تولید می‌کند نیز ممکن است صدای بلندی ایجاد کند که محل اسلحه را مشخص می‌کند.
علاوه بر این، بارگیری مجدد غشاهای تازه بعد از هر شلیک می‌تواند در میدان جنگ چالش برانگیز باشد، مگر اینکه این کار خودکار شود و به سرعت و به طور موثر انجام شود.
گفتنی است که یک مگاوات الکتریسیته یا بیشتر برای برخی از سلاح‌های لیزری قدرتمندی که در حال حاضر برای نابود کردن یک هدف در فواصل دور در حال توسعه هستند، مورد نیاز است.بر اساس گزارش‌ها، چین در حال کار بر روی یک سلاح مایکروویو با قدرت بالا است که می‌تواند برای مختل یا ساقط کردن ماهواره‌ها و هواپیماها استفاده شود.این مطالعه برای اولین بار در مجله چینی Theoretical and Applied Mechanics بررسی همتا و منتشر شده است.