(Phys.org) - Os pesquisadores finalmente responderam a uma pergunta que confunde os cientistas desde o início dos anos 1600:por que as cabeças das peças de vidro em forma de girino chamadas de "gotas do Príncipe Rupert" são tão fortes?

No 17 ^º século, O príncipe Rupert da Alemanha trouxe algumas dessas gotas de vidro para o rei Carlos II da Inglaterra, que ficou intrigado com suas propriedades incomuns. Embora a cabeça da queda seja tão forte que pode suportar o impacto de um martelo, a cauda é tão frágil que dobrá-la com os dedos não só quebrará a cauda, mas faz com que a gota inteira se desintegre instantaneamente em um pó fino.

As gotas do Príncipe Rupert são facilmente feitas jogando gotas em brasa de vidro derretido na água. Embora os pesquisadores tenham tentado entender o que causa as propriedades incomuns dessas gotas por muitos anos, não foi até recentemente que a tecnologia moderna permitiu aos pesquisadores investigá-los minuciosamente.

Em 1994, S. Chandrasekar da Purdue University e M. M. Chaudhri da University of Cambridge usaram a fotografia de enquadramento de alta velocidade para observar o processo de quebra de gotas. A partir de seus experimentos, eles concluíram que a superfície de cada gota sofre tensões altamente compressivas, enquanto o interior experimenta forças de alta tensão. Portanto, a queda está em um estado de equilíbrio instável, que pode ser facilmente perturbado quebrando a cauda.

Uma pergunta aberta, Contudo, é como as tensões são distribuídas ao longo de uma queda do Príncipe Rupert. Compreender a distribuição de tensão ajudaria a explicar mais completamente por que as cabeças dessas quedas são tão fortes.

Para fazer isso, Chandrasekar e Chaudhri começaram a colaborar com Hillar Aben, professor da Tallinn University of Technology na Estônia. Aben é especializada na determinação de tensões residuais em objetos tridimensionais transparentes, como as gotas do Príncipe Rupert.

No novo estudo publicado em Cartas de Física Aplicada , Aben, Chandrasekar, Chaudhri, e seus co-autores investigaram a distribuição de tensão nas gotas do Príncipe Rupert usando um polariscópio de transmissão, que é um tipo de microscópio que mede a birrefringência em um objeto transparente axi-simétrico, como a queda do Príncipe Rupert.

Em seus experimentos, os pesquisadores suspenderam uma gota do Príncipe Rupert em um líquido claro, e então iluminou a gota com um LED vermelho. Usando o polariscópio, os pesquisadores mediram o retardo óptico da luz à medida que ela viajava através da gota de vidro, e então usou os dados para construir a distribuição de tensões ao longo de toda a queda.

Os resultados mostraram que as cabeças das gotas têm uma tensão de compressão superficial muito maior do que se pensava anteriormente - até 700 megapascais, que é quase 7, 000 vezes a pressão atmosférica. Esta camada compressiva superficial também é fina, cerca de 10% do diâmetro da cabeça de uma gota.

Como explicam os pesquisadores, esses valores fornecem às cabeças das gotas uma resistência à fratura muito alta. Para quebrar uma gota, é necessário criar uma fenda que entre na zona de tensão interna na queda. Uma vez que as rachaduras na superfície tendem a crescer paralelamente à superfície, eles não podem entrar na zona de tensão. Em vez de, a maneira mais fácil de quebrar uma queda é perturbar a cauda, uma vez que uma perturbação neste local permite que rachaduras entrem na zona de tensão.

Geral, os pesquisadores acreditam que os resultados finalmente explicam a grande força das gotas do Príncipe Rupert.

"O trabalho explicou completamente porque a cabeça de uma gota é tão forte, "Chaudhri disse Phys.org . “Acredito que já resolvemos a maioria dos principais aspectos dessa área. No entanto, novas questões podem surgir inesperadamente. "

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