Dal 17 ° secolo, le gocce del principe Rupert hanno lasciato perplessi gli scienziati. Le gocce sono fatte immergendo una goccia di soda-calce fusa o vetro di selce in acqua fredda, che forma un pezzo di vetro a forma di girino. Mentre la testa della goccia è incredibilmente forte e può resistere a qualsiasi cosa, da un colpo di martello a proiettili che accelerano, il semplice lancio della coda del cristallo può far esplodere il tutto in polvere. Ora, come riporta David Szondy al New Atlas, i ricercatori hanno finalmente scoperto i segreti dietro queste gocce.
Nel 1994, i ricercatori hanno usato la fotografia ad alta velocità per registrare e analizzare il modo in cui le gocce si frantumano, riferisce Lisa Zyga per Phys.org. Hanno concluso che la superficie della goccia ha un elevato stress di compressione mentre l'interno delle gocce è sotto alta tensione. Mentre quella combinazione rende la testa molto forte, non è in equilibrio, il che significa che anche una leggera interruzione della coda provoca la destabilizzazione e la caduta dell'intera cosa. In effetti, le crepe si muovono a 4.000 miglia orarie, il che polverizza il vetro.
Ma non è stato fino ai recenti progressi tecnologici che i ricercatori hanno potuto esaminare in dettaglio la distribuzione dello stress. Hanno usato un tipo di microscopio noto come polariscope di trasmissione per studiare le tensioni all'interno del vetro. Inviando la luce LED rossa attraverso la goccia mentre era immersa in un liquido limpido, potevano misurare come gli stress nella goccia rallentassero la luce. L'effetto complessivo è una mappa ottica color arcobaleno delle forze all'interno della goccia. Utilizzando modelli matematici, i ricercatori hanno quindi calcolato le varie forze interne ed esterne. Hanno dettagliato i loro risultati l'anno scorso sulla rivista Applied Physics Letters.
Lo stress durante la caduta del Principe Rupert (Aben et al./American Institute of Physics) Lo stress di compressione attorno alla testa della goccia è stato calcolato tra le 29 e le 50 tonnellate per pollice quadrato, rendendo il vetro forte come alcuni tipi di acciaio. Ma quella forza esiste solo in uno strato sottile che è solo il dieci percento del diametro della testa.
Per rompere una goccia, una fessura deve attraversare quello strato e raggiungere la zona di tensione interna. Ma lo strato esterno è così forte che la maggior parte delle crepe forma una ragnatela lungo la superficie. La coda, tuttavia, è un'altra storia. Questo sottile filo di vetro può essere facilmente rotto, fornendo un collegamento diretto a quella delicata zona di tensione interna. Quindi quando si rompe, il resto del vetro si frantuma.
La formazione delle zone di forza e debolezza ha a che fare con la forma delle gocce. "La superficie delle gocce si raffredda più velocemente dell'interno, producendo una combinazione di sollecitazioni di compressione sulla superficie e compensando le sollecitazioni di trazione o di trazione all'interno delle gocce", secondo il comunicato stampa.
"Lo stress da trazione è ciò che di solito provoca la rottura dei materiali, analogo alla lacerazione di un foglio di carta a metà", afferma Koushik Viswanathan della Purdue University, autore del documento, nel comunicato stampa. "Ma se potessi cambiare lo sforzo di trazione in uno sforzo di compressione, allora diventa difficile che le crepe crescano, e questo è ciò che accade nella porzione di testa delle gocce del Principe Rupert."
I ricercatori hanno confuso queste gocce per circa 400 anni. Prendono il nome dal principe Rupert di Germania che diede cinque delle strane gocce all'Inghilterra Carlo II. Da allora, gli scienziati hanno cercato di capire cosa rende le gocce così forti. La gente ha provato di tutto per rompere questi pazzi girini di vetro dal sparare le gocce a schiacciarle nelle presse idrauliche. Ma questi esperimenti sono notevoli non solo per il divertimento nel cercare di distruggere le strutture (anche se è piuttosto divertente da guardare).
Come riferisce Andrew Liszewski di Gizmodo, apprendere le gocce potrebbe portare a nuovi tipi di vetri infrangibili e, soprattutto, schermi di telefoni cellulari infrangibili.
