Încă din secolul al XVII-lea, picăturile prințului Rupert i-au încurcat pe oamenii de știință. Picăturile se obțin prin înmuierea unei mărgele de soda-var topit sau sticlă flint în apă rece, care formează o bucată de sticlă în formă de moș. În timp ce capul picăturii este incredibil de puternic și poate rezista totul, de la o lovitură de ciocan până la gloanțe de viteză, doar lovirea cozii cristalului poate face ca totul să izbucnească în pulbere. Acum, după cum relatează David Szondy la New Atlas, cercetătorii și-au dat seama în sfârșit de secretele din spatele acestor picături.
În 1994, cercetătorii foloseau fotografia de mare viteză pentru a înregistra și analiza modul în care se distrug picăturile, relatează Lisa Zyga pentru Phys.org. Ei au ajuns la concluzia că suprafața picăturii are o tensiune compresivă ridicată, în timp ce interiorul picăturilor este sub tensiune ridicată. În timp ce acea combo face capul foarte puternic, nu este în echilibru, ceea ce înseamnă că chiar și o ușoară perturbare la coadă determină ca totul să se destabilizeze și să se destrame. De fapt, fisurile se mișcă la 4.000 de mile pe oră, ceea ce pulverizează sticla.
Dar abia în ultimele progrese tehnologice, cercetătorii au putut examina în detaliu distribuția stresului. Au folosit un tip de microscop cunoscut sub numele de polariscop de transmisie pentru a studia tensiunile din sticlă. Prin trimiterea de lumină roșie LED prin picătură în timp ce a fost scufundată într-un lichid limpede, ei ar putea măsura modul în care tensiunile din picătură au încetinit lumina. Efectul general este o hartă optică a forțelor în culoarea curcubeului. Folosind modele matematice, cercetătorii au calculat apoi diversele forțe interioare și exterioare. Ei și-au detaliat rezultatele anul trecut în revista Applied Physics Letters.
Stresurile de-a lungul picăturii prințului Rupert (Aben și colab. / Institutul American de Fizică) Stresul de compresie din jurul capului picăturii a fost calculat între 29 și 50 tone pe inchi pătrat, ceea ce face ca sticla să fie la fel de puternică ca unele tipuri de oțel. Dar această rezistență există doar într-un strat subțire care este doar zece la sută diametrul capului.
Pentru a sparge o picătură, o fisură trebuie să treacă prin acel strat și să ajungă în zona de tensiune interioară. Dar stratul exterior este atât de puternic încât majoritatea fisurilor formează doar o pânză de păianjen de-a lungul suprafeței. Coada este însă o altă poveste. Acest șervețel subțire de sticlă poate fi ușor rupt, oferind o legătură directă cu acea zonă de tensiune interioară sensibilă. Deci, atunci când se sparge, restul de sticlă se sparg.
Formarea zonelor de forță și slăbiciune are legătură cu modul în care se formează picăturile. "Suprafața picăturilor se răcește mai repede decât interiorul, producând o combinație de eforturi compresive pe suprafață și compensând tensiunile - sau tragerea - în interiorul picăturilor", se arată în comunicat.
„Stresul la tracțiune este ceea ce determină de obicei materialele să se fractureze, în mod similar ruperii unei coli de hârtie la jumătate”, spune Koushik Viswanathan, de la Universitatea Purdue, autor al lucrării, în comunicatul de presă. „Dar dacă puteți schimba tensiunea la un stres compresiv, atunci creșterea fisurilor devine dificilă, iar acest lucru se întâmplă în porțiunea capului picăturilor prințului Rupert.”
Cercetătorii au încurcat aceste picături de aproximativ 400 de ani. Au fost numiți după prințul Rupert al Germaniei, care a dat cinci dintre picăturile ciudate lui Carol al II-lea al Angliei. De atunci, oamenii de știință au încercat să descopere ceea ce face ca picăturile să fie atât de puternice. Oamenii au încercat totul pentru a sparge aceste mănunchiuri nebune de sticlă, de la împușcarea picăturilor până la stropirea lor în prese hidraulice. Dar aceste experimente sunt notabile pentru mai mult decât pentru distracția de a încerca să distrugă structurile (deși este destul de distractiv de urmărit).
După cum raportează Andrew Liszewski la Gizmodo, învățarea despre picături ar putea duce la noi tipuri de sticlă rezistentă la spărturi și, cel mai important, la ecrane de telefon mobil.
