有可能建立一个完美球形的鲁珀特亲王水滴吗？

鲁珀特王子的水滴是通过将熔融玻璃滴入冷水中而制成的玻璃物体。当液滴的外部快速冷却时，内部保持较长时间。最终冷却时，它会收缩，在表面上产生很大的压缩应力。

结果就是一种钢化玻璃：您可以在不损坏滴头的情况下对其进行锤打，但是尾部的刮擦会导致爆炸性崩解。看看这部影片。

那么，有可能建立球形鲁珀特亲王的水滴吗？如果是这样，怎么办？一个应用实例是替代传统的球轴承球。耐磨性和可承受的最大载荷将得到改善，并且玻璃球的成本反而会降低。

鲁珀特亲王的水滴是钢化石英玻璃组件的一个例子：其表面的冷却速度比其内部的冷却速度更快。玻璃的回火很重要，因为它可以增强玻璃的韧性，即在负载下抵抗断裂的能力，这说明了为什么可以用锤子砸落并存活下来。与其他陶瓷材料一样，石英玻璃在其断裂强度超过其应力状态时会出现不稳定的裂纹扩展。与大多数合金不同，陶瓷的塑性变形很小或没有。当它们达到弹性极限时，它们断裂。因此，如果您对石英玻璃组件施加过大的力，它会迅速断裂，并且立即断裂。

可以通过比其内部更快地冷却其外部来对玻璃部件进行回火，从而在该部件中存在不均匀的残余应力分布。具体来说，由于外部首先固化，因此其密度增加而体积首先减小，从而将材料从内部向外拉出。然后，当内部固化时残留的材料较少时，它会在外部向内拉。产生的应力状态是内部的张力和外部的压缩力。

裂纹仅在裂纹上产生拉应力时才会传播。如果裂纹上有残余压应力，除非受到拉应力，否则它将保持闭合状态。因为必须在裂纹打开之前克服压应力，所以与未回火的部件相比，要通过回火的玻璃组件传播裂纹需要更大的拉伸应力。如果这样的裂纹蔓延到组件外部和内部之间的中性应力表面，裂纹尖端将由于内部的残余应力状态而处于拉伸状态。随着所有残余应力的释放，这种裂纹将以不稳定的方式开始传播，导致玻璃碎片爆炸，因为它们都从不均匀的应力分布中恢复了弹性。

从所有这一切中，很明显，理论上“完全”球形的钢化玻璃组件是可能的，因为仅要求玻璃的外部比内部冷却更快，以获得所需的不均匀应力分布，同时保持所需的形状。重力和粘度的结合是传统鲁珀特王子下落中尾巴的原因。因此，除去那些成分中的每一个，例如通过“漂浮的”玻璃团块的自由表面表面张力松弛而形成的自由落体形成的液滴，都可以产生粘性玻璃球。放松可能需要很长时间，并且玻璃必须始终保持粘性。下一步是迅速冷却球体，而又不影响其形状，这是很难做到的。用液体喷洒它会在表面上引起波纹，浸入水中需要无限缓慢地缓慢移动，这会导致错误的应力分布不均。将其暴露在空间的真空中可能就足够了，但是我还没有对辐射热损失进行任何计算。

理想的设置可能是在空间真空中的辐射烤箱，其中漂浮着一团玻璃，没有相对速度。烤箱将玻璃融化，然后松弛成球形。关闭烤箱，打开门，然后烤箱快速移离球形。球体发出辐射，比内部空间更快地冷却表面（或者我们希望如此），玻璃也经过了回火处理，形成了鲁珀特亲王的“空降”。

我认为玻璃杯如何掉落会形成尾巴。在视频中，熔融玻璃与其余的块状物分开并延伸，例如傻腻子或熔融的马苏里拉奶酪。我希望您至少可以通过切割粘性玻璃来缩短尾巴-但是如nivag的评论所建议的那样，冷却后结果可能会爆炸。

足够的球形玻璃球将非常困难。也许可以使用塔式射出概念或某种成型方法来完成。

前面已经说过，就工程或制造而言，“完美”领域是不存在的，但是忽略琐碎的事情，让我们回答这个问题。鲁珀特亲王的水滴使熔融玻璃的粘度足以使您的棒子下垂并倒入一桶水，使玻璃冷却得足够快，从而产生大量的内部张力，从而产生了坚不可摧的泪珠。

即使您快速旋转杆以使其没有长长的尾巴，仍然会存在一些细小的阻力并形成尾巴。它可能很小，但仍会存在。如果您有兴趣使其更球形，可以考虑剃掉尾端，但是如您所知，对尾端的单个缺口或干扰会导致玻璃爆炸。

假设您以某种方式（在神奇的世界中）旋转了钓竿，因此没有尾巴。那样您就不会有鲁珀特王子公爵的掉落！

您的问题的答案是否定的，不可能使球形鲁珀特亲王的水滴落下，因为玻璃会爆炸，或者您根本没有想要的水滴。

那这个呢。像往常一样创建滴，但是请使用最热的水以减缓应力的产生，这种应力当然仍然会发生。这是关键的步骤……通过实验减小水的深度，最后释放出水面的水滴，这应在一定程度上减少或减少尾巴的长度。考虑到水中的半失重状态，下降的幅度将大大降低。要考虑的另一件事是在下降之前剪断它。通过在液滴掉落之前剪断液滴，实际上消除了比头部冷却快得多的尾巴，因此具有内部应力的头部不受脆性尾巴的威胁。

也许您可以自由下落形成熔融玻璃的球体，然后用冷气体将其淬灭。

我建议使用冷气而不是液体，因为您不能自由下落将其“滴”入液体中，而以足够快的速度用液体飞溅液体以快速冻结外部可能会涉及不对称力，从而使球体变形，而气体将在所有方向上施加相等的压力。那一定是一些非常冷的气体！我不知道像氩气这样的重气体会增加热传导，还是像氢气或氦气那样会更好。

尾巴似乎不是必需的功能。在我看来，它是在滴水玻璃的粘度而不是通过水的通道淬火之前形成的。尾部不会从快速冷却的玻璃块中迅速挤出；它已经存在，它是在淬火之前通过引力/拉伸形成的，只是以那种尾巴的形状冷却。

这不是一个完美的领域，但与我已经接近。

悬浮在加热的喷嘴中，然后下降。做完了

您必须小心控制温度，因为温度太高，它会散开。

好吧，别忘了“完美”的领域，但是我不明白为什么它不能制成任何形状。您只需要快速冷却外部即可。我似乎还记得，pyrex是用这种方法制成的，具有固有的应力..但是我找不到链接。 这可能会有所帮助。

鲁珀特亲王小滴的外部凝固后，它将迅速收缩。在此过程中，如果玻璃内部无处可走，这将导致外部受到很大的拉力，实际上保证了玻璃会破裂（玻璃破裂是通过短暂淬火整个玻璃片而形成的；外层会破裂）立即，但如果所有破裂的玻璃碎片都与仍在熔化的玻璃接触，则整个玻璃碎片将保持完整）。虽然可以将玻璃缓慢冷却到足以防止破裂的程度，但充分降低峰值拉伸载荷以防止破裂也会减少这种载荷向压缩方向移动的量。

可以通过将玻璃相对缓慢地降入水中来克服这一困难（尾巴仍附在玻璃棒的出水口上）。这样做将意味着，在玻璃外部的一部分已固化并收缩的同时，中间的液体玻璃在大部分收缩过程中将具有从水中延伸出来的连续的液体玻璃路径。

在某些时候，进入水的玻璃会变得很薄，以至于液态玻璃不再可能流经中心，但是到那个时候，玻璃的大部分会收缩到几乎要收缩的程度。 ，因此仍然需要移位以避免产生张力的液态玻璃的量将非常小，因此，由于无法从内部移出更多的液态玻璃而产生的张力量也将很小。如果玻璃的厚度足以允许液体流过中心的区域与足够薄的区域重叠，以避免在冷却时破裂，则液滴可以冷却至室温而不会过早损坏。但是，均匀的球形斑点

零重力下无尾巴。只要将材料保持在加热的环境中，只要压力，温度和重力的恒定不变，您就可以拥有一个“接近完美”的球体。冷却将导致与Rupert's Drop相似的均匀应力，尽管会丢失尾部的影响。任何变形都将导致“瑕疵”并影响均匀应力，Rupert's Drop效果将不存在。 ，您最终会遇到一个“您的名字”领域。