Desde o século XVII, as gotas do príncipe Rupert intrigaram os cientistas. As gotas são feitas mergulhando-se uma gota de cal sodada ou vidro flint em água fria, formando um pedaço de vidro em forma de girino. Enquanto a cabeça da gota é incrivelmente forte e pode resistir a tudo, desde um golpe de martelo até balas em alta velocidade, apenas sacudindo a cauda do cristal pode fazer a coisa toda explodir em pó. Agora, como David Szondy, da New Atlas, relata, os pesquisadores finalmente descobriram os segredos por trás dessas gotas.
Em 1994, os pesquisadores usaram a fotografia de alta velocidade para gravar e analisar a maneira como as gotas se quebram, informa Lisa Zyga para Phys.org. Eles concluíram que a superfície da gota tem alta tensão de compressão, enquanto o interior das gotas está sob alta tensão. Embora essa combinação torne a cabeça muito forte, ela não está em equilíbrio, o que significa que mesmo uma ligeira ruptura na cauda faz com que tudo desestabilize e desmorone. Na verdade, as rachaduras se movem a 4.000 milhas por hora, o que pulveriza o vidro.
Mas não foi até os recentes avanços tecnológicos que os pesquisadores puderam examinar a distribuição do estresse em detalhes. Eles usaram um tipo de microscópio conhecido como polariscópio de transmissão para estudar as tensões dentro do vidro. Ao enviar luz LED vermelha através da gota, enquanto ela estava submersa em um líquido claro, eles puderam medir como as tensões na queda diminuíam a luz. O efeito geral é um mapa óptico colorido das forças dentro da gota. Usando modelos matemáticos, os pesquisadores calcularam as várias forças internas e externas. Eles detalharam seus resultados no ano passado na revista Applied Physics Letters.
As tensões em toda a gota do Príncipe Rupert (Aben et al. / American Institute of Physics) A tensão de compressão em torno da cabeça da gota foi calculada entre 29 e 50 toneladas por polegada quadrada, tornando o vidro tão forte quanto alguns tipos de aço. Mas essa força só existe em uma camada fina que é apenas dez por cento do diâmetro da cabeça.
Para quebrar uma gota, uma rachadura precisa atravessar essa camada e atingir a zona de tensão interior. Mas a camada externa é tão forte que a maioria das rachaduras apenas forma uma teia de aranha ao longo da superfície. A cauda, no entanto, é outra história. Esta fina camada de vidro pode ser facilmente quebrada, fornecendo uma conexão direta com a zona de tensão interior. Então, quando ele quebra, o resto do vidro se estilhaça.
A formação das zonas de força e fraqueza tem a ver com a forma como as gotas se formam. "A superfície das gotas esfria mais rápido que o interior, produzindo uma combinação de tensões de compressão na superfície e compensando as tensões no interior das gotas", de acordo com o comunicado de imprensa.
"O estresse de tração é o que geralmente faz com que os materiais se rompam, o que é análogo ao rasgo de uma folha de papel ao meio", diz Koushik Viswanathan, da Universidade de Purdue, um dos autores do artigo. "Mas se você pudesse mudar o estresse de tração para um estresse de compressão, então fica difícil que as rachaduras cresçam, e é isso que acontece na porção da cabeça das gotas de Prince Rupert."
Pesquisadores têm intrigado essas quedas por cerca de 400 anos. Eles foram nomeados após o príncipe Rupert da Alemanha, que deu cinco das estranhas gotas para Charles II da Inglaterra. Desde então, os cientistas tentaram descobrir o que torna as gotas tão fortes. As pessoas tentaram de tudo para quebrar esses girinos de vidro loucos de atirar nas gotas para esmagá-los em prensas hidráulicas. Mas essas experiências são notáveis por mais do que apenas a diversão de tentar destruir as estruturas (embora seja muito divertido de assistir).
Como Andrew Liszewski, do Gizmodo, relata, aprender sobre as gotas pode levar a novos tipos de vidro inquebrável e, o mais importante, a telas de celulares não quebráveis.
