Desde el siglo XVII, las gotas del príncipe Rupert han desconcertado a los científicos. Las gotas se hacen sumergiendo una gota de soda-cal fundida o vidrio de sílex en agua fría, que forma una pieza de vidrio con forma de renacuajo. Si bien la cabeza de la gota es increíblemente fuerte y puede resistir todo, desde un golpe de martillo hasta balas rápidas, solo sacudir la cola del cristal puede hacer que todo explote en polvo. Ahora, como informa David Szondy en New Atlas, los investigadores finalmente han descubierto los secretos detrás de estas gotas.
En 1994, los investigadores utilizaron fotografías de alta velocidad para registrar y analizar la forma en que se rompen las gotas, informa Lisa Zyga para Phys.org. Llegaron a la conclusión de que la superficie de la gota tiene un alto esfuerzo de compresión, mientras que el interior de las gotas está bajo alta tensión. Si bien ese combo hace que la cabeza sea muy fuerte, no está en equilibrio, lo que significa que incluso una ligera interrupción en la cola hace que todo se desestabilice y se desmorone. De hecho, las grietas se mueven a 4, 000 millas por hora, lo que pulveriza el vidrio.
Pero no fue hasta los avances tecnológicos recientes que los investigadores pudieron examinar la distribución del estrés en detalle. Utilizaron un tipo de microscopio conocido como polariscopio de transmisión para estudiar las tensiones dentro del vidrio. Al enviar una luz LED roja a través de la gota mientras estaba sumergida en un líquido transparente, podían medir cómo el estrés en la gota ralentizaba la luz. El efecto general es un mapa óptico del color del arco iris de las fuerzas dentro de la gota. Usando modelos matemáticos, los investigadores calcularon las diversas fuerzas interiores y exteriores. Detallaron sus resultados el año pasado en la revista Applied Physics Letters.
El estrés a lo largo de la caída del Príncipe Rupert (Aben et al. / American Institute of Physics) Se calculó que la tensión de compresión alrededor de la cabeza de la caída era de entre 29 y 50 toneladas por pulgada cuadrada, lo que hacía que el vidrio fuera tan resistente como algunos tipos de acero. Pero esa resistencia solo existe en una capa delgada que tiene solo un diez por ciento del diámetro de la cabeza.
Para romper una gota, una grieta necesita atravesar esa capa y llegar a la zona de tensión interior. Pero la capa externa es tan fuerte que la mayoría de las grietas solo forman una telaraña a lo largo de la superficie. La cola, sin embargo, es otra historia. Esta delgada brizna de vidrio se puede romper fácilmente, proporcionando un enlace directo a esa zona sensible de tensión interior. Entonces, cuando se rompe, el resto del vidrio se rompe.
La formación de las zonas de fuerza y debilidad tiene que ver con la forma en que se forman las gotas. "La superficie de las gotas se enfría más rápido que el interior, produciendo una combinación de tensiones de compresión en la superficie y compensando las tensiones de tracción (o tracción) en el interior de las gotas", según el comunicado de prensa.
"El esfuerzo de tracción es lo que generalmente hace que los materiales se fracturen, de forma análoga a rasgar una hoja de papel por la mitad", dice Koushik Viswanathan de la Universidad de Purdue, autor del artículo, en el comunicado de prensa. "Pero si pudieras cambiar el esfuerzo de tensión a un esfuerzo de compresión, entonces se volvería difícil que crecieran las grietas, y esto es lo que sucede en la porción de la cabeza de las gotas del Príncipe Rupert".
Los investigadores han desconcertado estas gotas durante unos 400 años. Fueron nombrados en honor al Príncipe Rupert de Alemania, quien le dio cinco de las extrañas gotas al Charles II de Inglaterra. Desde entonces, los científicos han tratado de descubrir qué hace que las gotas sean tan fuertes. La gente ha intentado todo para romper estos renacuajos de vidrio locos desde disparar las gotas hasta aplastarlas en prensas hidráulicas. Pero estos experimentos son notables por algo más que la diversión de tratar de destruir las estructuras (aunque es bastante divertido de ver).
Como informa Andrew Liszewski en Gizmodo, aprender sobre las gotas podría conducir a nuevos tipos de vidrio irrompible y, lo más importante, pantallas de teléfonos celulares irrompibles.
