(Phys.org) —Los investigadores finalmente han respondido una pregunta que ha dejado perplejos a los científicos desde principios del siglo XVII:¿Por qué son tan fuertes las cabezas de los trozos de vidrio con forma de renacuajo llamados "gotas del Príncipe Rupert"?

En el 17 ^th siglo, El príncipe Rupert de Alemania trajo algunas de estas gotas de vidrio al rey Carlos II de Inglaterra, que estaba intrigado por sus propiedades inusuales. Si bien la cabeza de la gota es tan fuerte que puede soportar el impacto de un martillo, la cola es tan frágil que doblarla con los dedos no solo romperá la cola, pero haz que toda la gota se desintegre instantáneamente en un polvo fino.

Las gotas de Prince Rupert se hacen fácilmente dejando caer gotas de vidrio fundido al rojo vivo en agua. Aunque los investigadores han intentado comprender las causas de las propiedades inusuales de estas gotas durante muchos años, No fue hasta hace poco que la tecnología moderna permitió a los investigadores investigarlos a fondo.

En 1994, S. Chandrasekar de la Universidad de Purdue y M. M. Chaudhri de la Universidad de Cambridge utilizaron fotografías de encuadre de alta velocidad para observar el proceso de rotura de gotas. De sus experimentos, llegaron a la conclusión de que la superficie de cada gota experimenta tensiones muy compresivas, mientras que el interior experimenta fuerzas de alta tensión. Entonces la gota está en un estado de equilibrio inestable, que se puede perturbar fácilmente rompiendo la cola.

Una pregunta abierta sin embargo, así es como se distribuyen las tensiones a lo largo de la gota de Prince Rupert. Comprender la distribución del estrés ayudaría a explicar más completamente por qué las cabezas de estas gotas son tan fuertes.

Para hacer esto, Chandrasekar y Chaudhri comenzaron a colaborar con Hillar Aben, profesor de la Universidad Tecnológica de Tallin en Estonia. Aben se especializa en determinar tensiones residuales en objetos transparentes tridimensionales, como las gotas de Prince Rupert.

En el nuevo estudio publicado en Letras de física aplicada , Aben, Chandrasekar, Chaudhri, y sus coautores han investigado la distribución de la tensión en las gotas de Prince Rupert utilizando un polariscopio de transmisión, que es un tipo de microscopio que mide la birrefringencia en un objeto transparente axi-simétrico, como la gota de Prince Rupert.

En sus experimentos, los investigadores suspendieron una gota de Prince Rupert en un líquido transparente, y luego iluminó la gota con un LED rojo. Usando el polariscopio, los investigadores midieron el retraso óptico de la luz a medida que viajaba a través de la gota de vidrio, y luego usó los datos para construir la distribución de tensión a lo largo de toda la caída.

Los resultados mostraron que las cabezas de las gotas tienen una tensión de compresión superficial mucho más alta de lo que se pensaba anteriormente:hasta 700 megapascales, que es casi 7, 000 veces la presión atmosférica. Esta capa compresiva superficial también es delgada, aproximadamente el 10% del diámetro de la cabeza de una gota.

Como explican los investigadores, estos valores dan a las cabezas de las gotitas una resistencia a la fractura muy alta. Para romper una gota, es necesario crear una grieta que ingrese a la zona de tensión interior en la gota. Dado que las grietas en la superficie tienden a crecer paralelas a la superficie, no pueden entrar en la zona de tensión. En lugar de, la forma más fácil de romper una gota es mover la cola, ya que una perturbación en esta ubicación permite que las grietas entren en la zona de tensión.

En general, los investigadores creen que los resultados finalmente explican la gran fuerza de las gotas de Prince Rupert.

"El trabajo ha explicado completamente por qué la cabeza de una gota es tan fuerte, "Chaudhri dijo Phys.org . "Creo que ahora hemos resuelto la mayoría de los aspectos principales de esta área. Sin embargo, pueden surgir nuevas preguntas de forma inesperada ".

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