(Phys.org)—I ricercatori hanno finalmente risposto a una domanda che ha lasciato perplessi gli scienziati fin dall'inizio del 1600:perché le teste dei pezzi di vetro a forma di girino chiamate "gocce del principe Rupert" sono così forti?

Nel 17 ^ns secolo, Il principe Rupert dalla Germania portò alcune di queste gocce di vetro al re d'Inghilterra Carlo II, che era incuriosito dalle loro proprietà insolite. Mentre la testa della goccia è così forte che può resistere all'impatto di un martello, la coda è così fragile che piegandola con le dita non solo si romperà la coda, ma fa sì che l'intera gocciolina si disintegra istantaneamente in una polvere fine.

Le gocce di Prince Rupert sono facilmente realizzabili facendo cadere nell'acqua bolle roventi di vetro fuso. Sebbene i ricercatori abbiano cercato di capire cosa causa le proprietà insolite di queste gocce per molti anni, solo di recente la tecnologia moderna ha permesso ai ricercatori di studiarli a fondo.

Nel 1994, S. Chandrasekar della Purdue University e M. M. Chaudhri dell'Università di Cambridge hanno utilizzato la fotografia con inquadratura ad alta velocità per osservare il processo di rottura delle gocce. Dai loro esperimenti, hanno concluso che la superficie di ogni goccia subisce sollecitazioni altamente compressive, mentre l'interno sperimenta forze di alta tensione. Quindi la goccia è in uno stato di equilibrio instabile, che può essere facilmente disturbato rompendo la coda.

Una domanda aperta, però, ecco come vengono distribuiti gli stress durante una caduta di Prince Rupert. Comprendere la distribuzione dello stress aiuterebbe a spiegare in modo più completo perché le teste di queste gocce sono così forti.

Per fare questo, Chandrasekar e Chaudhri hanno iniziato a collaborare con Hillar Aben, professore alla Tallinn University of Technology in Estonia. Aben è specializzato nella determinazione delle sollecitazioni residue in oggetti tridimensionali trasparenti, come le gocce di Prince Rupert.

Nel nuovo studio pubblicato su Lettere di fisica applicata , Abene, Chandrasekar, Chaudri, e i loro coautori hanno studiato la distribuzione dello stress nelle gocce di Prince Rupert usando un polariscopio a trasmissione, che è un tipo di microscopio che misura la birifrangenza in un oggetto trasparente assialsimmetrico, come una goccia di Prince Rupert.

Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno sospeso una goccia di Prince Rupert in un liquido limpido, e poi illuminato la goccia con un LED rosso. Usando il polariscopio, i ricercatori hanno misurato il ritardo ottico della luce mentre viaggiava attraverso la goccia di vetro, e quindi ha utilizzato i dati per costruire la distribuzione dello stress durante l'intera caduta.

I risultati hanno mostrato che le teste delle gocce hanno uno stress di compressione superficiale molto più elevato di quanto si pensasse in precedenza, fino a 700 megapascal, che è quasi 7, 000 volte la pressione atmosferica. Anche questo strato superficiale di compressione è sottile, circa il 10% del diametro della testa di una goccia.

Come spiegano i ricercatori, questi valori conferiscono alle teste delle goccioline una resistenza alla frattura molto elevata. Per rompere una goccia, è necessario creare una fessura che entri nella zona di tensione interna della goccia. Poiché le crepe sulla superficie tendono a crescere parallelamente alla superficie, non possono entrare nella zona di tensione. Anziché, il modo più semplice per rompere una goccia è disturbare la coda, poiché un disturbo in questa posizione consente alle crepe di entrare nella zona di tensione.

Globale, i ricercatori ritengono che i risultati spieghino finalmente la grande forza delle gocce di Prince Rupert.

"Il lavoro ha spiegato pienamente perché la testa di una goccia è così forte, " Chaudhri ha detto Phys.org . "Credo che ora abbiamo risolto la maggior parte degli aspetti principali di quest'area. Tuttavia, nuove domande possono emergere inaspettatamente".

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