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Mystery of Prince Rupert's Drop at 130,000 fps - Smarter Every Day 86

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Ei, sou eu, Destin. Bem-vindo de volta ao Smarter Every Day. Hoje nós vamos fazer ciência incrível com o pessoal da Orbix Hot Glass aqui em Lookout Mountain, no Alabama. Proteja os olhos! A ciência está para acontecer. Nós vamos usar uma câmera de alta velocidade para aprender sobre a "Gota do Príncipe Rupert". [sussurro] Nunca foi feita na Internet. Você vai aprender alguma coisa. Vamos lá. OK, estamos aqui dentro do atelier com o Cal. Cal é o dono daqui. Você pode me mostrar como fazer uma Gota do Príncipe Rupert? (Cal) Claro! Eu vou pegar um pouco de vidro, e deixar cair num balde de água gelada. [som de fervura] (Destin) Então, depois que esfria, é isso que você obtém. Meio que parece um girino, mas tem algumas propriedades mecânicas bem interessantes. Nós podemos até bater nessa coisa com um martelo e ela não vai quebrar. OK, estou pronto. [bam!] Não deu. OK, eu acho que o Cal está sendo meio delicado demais, então eu... Você acha que pode quebrar isso? [riso] Nós vamos tentar novamente, só que desta vez eu vou bater bem forte e vou gravar em alta velocidade. Tudo certo assim? Você acha que pode quebar? Tudo bem. Vamos fazer. O desafio começou. (Cal) É só bater nisso? - É. [bam] [estilhaçamento] [risos] Você acha que você quebrou mesmo? Eu acho que não. Você acha que quebrou? - Eu sei que quebrei. [riso] - Vamos ver em alta velocidade. [música] OK, a gota quebrou, mas tecnicamente não foi o martelo que quebrou ela. Se você olhar com cuidado o video em alta velocidade vai ver que foi o chacoalhar da extremidade mais fina que realmente fez ela quebrar. Este é o mistério da Gota do Príncipe Rupert. Você pode tentar quebrar a bola o mais forte que puder, mas não consegue. Mas, se você apenas lascar a parte fina, a coisa toda explode. Não é estilhaçar, e sim explodir. Vamos lá fora e eu te mostro mais. OK, nós vamos filmar com uma taxa obscena agora. Nós temos aqui uma Phantom V1610. A quebra do vidro ocorre tão rápido que para filmar isso é preciso ter centenas de milhares de quadros por segundo, por isso vamos ter uma resolução menor e vamos precisar ter muita luz também. Nos também vamos usar esta Miro aqui pra filmar a aproximadamente 3000 quadros por segundo, para termos uma cena com largura suficiente pra caber todo o evento. 3...2...1... vai. [estilhaçamento] [música] OK, agora nós entendemos o que faz uma Gota do Príncipe Rupert, mas ainda não entendemos muito bem por que ela faz isso. Vamos olhar mais de perto. OK, isto é chamado um polariscópio, o que basicamente é um pedaço de vidro filtrado que é polarizado. Eu tenho outro filtro aqui. Você pode ver que se eu girá-lo eu posso bloquear a luz. Agora, se eu colocar isto na câmera que você está olhando através, e então eu coloco a Gota do Príncipe Rupert entre as duas peças de vidro, você conseguirá ver a tensão interna que se formou dentro da Gota do Príncipe Rupert. Para entender como essa tensão se formou aqui, vamos usar a cor cinza para representar vidro sólido. Vamos usar vermelho para representar vidro derretido e por causa do coeficiente de expansão termal é seguro assumir que, quanto mais altas a temperatura, maior o vidro quer ser. Azul representa o vidro que está resfriando ou transicionando entre os dois estados. Por causa daquele mesmo coeficiente de expansão termal este vidro está encolhendo e basicamente se espremendo. Imagine a Gota do Príncipe Rupert como um monte de pedaços infinitesimais de vidro, sendo que cada pedacinho está tentando interagir com os outros pedacinhos ao seu redor. Quando o vidro derretido atinge a água, a camada externa toca a água e solifica imediatamente. Isto mantém fixa a forma externa da gota. Mas a parte interna ainda é um líquido quente e expandido. Conforme o calor é transferido para a água, aquele vidro interno começa a resfriar mais lentamente, e literalmente puxa para dentro a camada mais externa. O problema é que como a forma já está fixa como um sólido arredondado, o vidro apenas se comprime mais ainda sobre si mesmo. O que no final o torna mais forte. Mais ou menos como um arco se comprime e fica mais forte quando você coloca peso nele, só que nesse caso é para todas as direções. E porque o vidro resfriando não consegue se mover além da camada mais externa ele começa a puxar a si mesmo, causando assim uma tensão extremamente alta. Ele se solidifica neste estado de tensão e então você tem uma Gota do Príncipe Rupert. O exterior está em um estado de compressão extremamente alto e o interior em um estado extremamente alto de estresse tensional. Se um anel desta cadeia for quebrado, causa a quebra da cadeia toda, alimentando-se de sua própria energia armazenada, como acontece com um explosivo químico. A diferença aqui é que em lugar de liberar energia potencial química, é liberada a energia armazenada da tensão mecânica. Esta onda de energia é chamada de limite de ruptura. Você pode medir diretamente a velocidade do limite de ruptura desde que tenha uma câmera rápida o suficiente. Vamos tentar a 130.000 quadros por segundo. 3..2..1... vai. Pegou? [music] Muito obrigado ao Cal da Orbix Hot Glass. Se você achou isso interessante e quer ajudá-lo comprando alguma coisa, clique no link, seja lá onde eu o tenha colocado, e dê uma olhada em seu site. Clique no gato para assinar o canal. Com o capacete. [riso] É um gato com cara de triste. Você nunca pôs fogo no gato? - Nunca. - Nem mesmo uma vêz? - Nunca. - Estas coisas recebem o nome de um cara chamado Príncipe Rupert, que imagine só, vivia na Bavária nos anos de 1600. Aqui, aqui. [risos] Ele trouxe isso como um presente ao Rei Charles II da Inglaterra, que os deu a sua Royal Society para tentarem entender. Sim, pronto. [bam] Caramba! - Ah! Essa tensão está me matando. [estilhaçamento] - Você sabe que isso detona... detonou? - É, isso detonou. - ISSO DETONOU GERAL! [riso] Legendas em línguas diferentes são bem vindas. Por favor entre em contato com o Destin se puder ajudar.

auto_transcript:
it's a test of time it's mari day-to-day really awesome sight with orbit last year lookout mountain alabama double up science is about to happen readies a high speed camera and about prince rupert drop it's never acts okay we're inside the cell with cal calories the place commission now to make a pressure for struck homeowner the actor calls them this is what your work edvel that's really the mechanical problems would actually get this thing with a hammer him over it forgetting calstart keynesian so i'm they deliver it historians write you know it is time to make it really hard time of our allies was near the town of oh do so do you think you actually predict how the kids be diverted driven out of hand that i'd be and is that the driver of but candidly it wasn't for him in the brain people's was expediency that is the way we know the details and makes him this mystery in the grass roots medium-sized working here republic but he can't behaving the handle entire being launched word not shadow actually spoiled let's go outside apparently just reading that scene frame rate here we have this then and the sixteen ten so glass breaking occurs so fast that you have to have like hundreds of thousands of frames per second so we have a lower resolution forget that a lot of light as well for us attorneys this mayor of ricky rector about three thousand french for second certain the wide shots the devils and as well now we understand what the prince rupert dot at this point we don't quite understand why it doesn't let's take a closer look rediscover polaris co and baseball is a safe filtered peaceable assets polarized i had another filter here you can see if i can it then i can walk out about that this on the camera that there looking through here let's its he should be able to see the internal stresses built-up inside the interpret sort of understand how he stresses got careless use the color greater represent nice and strong soften collapse wees red represent multiple ass because of the most pension coefficient is safe to assume that the higher the temperature toolbar judas class wants to be blue represents class at school and offer transition between the two states because that same thermal expansion coefficient this class is shrinking in basically pulling in on itself because the prince rupert struck his acquittal infinitesimal he's glass with each piece trying to interact with the pieces around it when the molten glass is first ripped into the water the outside lawyer touches the water in immediately solidifies this locks in that outside shape of the truck instead of the drug however still extensively essence transferred to the water placement inside slowly begins to cool down and pulls in against that outside layer the problem is that because it's already locked in as around solid it only compresses tighter against self the sex that makes it stronger college counterparts compresses and each army persuade own it only this is an alterations because the cool glass can't move that outside layer it begins to pull against itself causing it to be an extremely high tension it it hardens in the state of tension and there you have it prince rupert strap yes i was an extremely high compressive stress any insight is an extremely high tensile stress if one link in the stitching chain is ever cut it breaks on down the line feeding off of its own stored up in her g just like a chemical explosive does the difference here is that instead of releasing chemical potential energy mechanical strain the energy is released this way that it is what we call the feel your from speaking directly measured the blasted that their product as long as you have a camera fast enough let's give a shout at a higher in thirty thousand frames per second the so the next decade offer orbit last because if they didn't want to see for about bites that people don't know it where i put it and uh... digitalis website quickly can subscribe the helmet toolset daycare never cocktail fire that he wants on these things are named for a guy named please revert imagine that you live in the bay area back in the sixteen hundreds have been he brought these over as a get the king charles the second england gave into his royal society try to figure out always upset really no good dash produce