Os pesquisadores finalmente responderam a uma pergunta que tem intrigado cientistas desde o início de 1600: por que as cabeças das chamadas “gotas do príncipe Rupert” são tão fortes? As informações são do portal Phys.org. No século XVII, o príncipe Rupert da Alemanha trouxe algumas dessas gotas de vidro em formato de girino para o rei Charles II da Inglaterra, que estava intrigado com suas propriedades incomuns.

 

A cabeça da gota é tão forte que pode suportar o impacto de um martelo, mas a cauda é tão frágil que, ao dobrá-la com os dedos, não só ela se quebra, mas a gota inteira vira instantaneamente um pó fino. As gotas de Rupert podem ser feitas muito facilmente: basta deixar cair gotas quentes de vidro fundido na água.

Embora os pesquisadores tenham tentado entender por muitos anos o que causa as propriedades incomuns dessas gotas, apenas recentemente, com a tecnologia moderna, que os pesquisadores conseguiram investigá-las completamente. Em 1994, Srinivasan Chandrasekar, da Universidade de Purdue, e M. Munawar Chaudhri, da Universidade de Cambridge, usaram fotografia de alta velocidade para observar o processo de estilhaçamento da gota.

Com suas experiências, concluíram que a superfície de cada gota experimenta tensões altamente compressivas, enquanto o interior experimenta forças de alta tensão. Assim, a gota está em um estado de equilíbrio instável, que pode ser facilmente perturbado pela quebra da cauda. 

 

Distribuição da tensão 

Uma questão em aberto, entretanto, é como a tensão é distribuída ao longo de uma gota de Rupert (também conhecida como lágrima holandesa, lágrima de vidro e esfera de Rupert). Entender a esse ponto ajudaria a explicar mais completamente por que as cabeças dessas gotas são tão fortes. Para fazer isso, Chandrasekar e Chaudhri começaram a colaborar com Hillar Aben, professor da Universidade de Tecnologia de Tallinn, na Estônia. Aben é especialista na determinação de tensões residuais em objetos tridimensionais transparentes. No novo estudo, publicado na “Applied Physics Letters”, Aben, Chandrasekar, Chaudhri e seus co-autores investigaram a distribuição de tensões nas gotas usando um polariscópio de transmissão.

Este aparelho é um tipo de microscópio que mede a birrefringência em um objeto transparente axi-simétrico, como a gota do príncipe Rupert.  Em seus experimentos, os pesquisadores suspenderam a gota de príncipe Rupert em um líquido claro, e então a iluminaram com um LED vermelho. Usando o polariscópio, os cientistas mediram o retardo óptico da luz à medida que percorria a gota de vidro e, em seguida, utilizaram os dados para traçar a distribuição da tensão ao longo de toda a gota. 

 

Resultados surpreendentes 

Os resultados mostraram que as cabeças das gotas têm uma tensão compressiva de superfície muito maior do que se pensava anteriormente – até 700 megapascals, que é quase 7.000 vezes a pressão atmosférica. Esta camada compressiva de superfície também é fina, compondo cerca de 10% do diâmetro da cabeça de uma gota. Como os pesquisadores explicam, esses valores dão às cabeças das gotas uma força de fratura muito alta. Para quebrá-las, é necessário criar uma rachadura que entra na zona de tensão interior da gota.

Como as fissuras na superfície tendem a crescer paralelas à superfície, elas não conseguem entrar na zona de tensão. Em vez disso, a maneira mais fácil de quebrar uma gota é interferir na cauda, já que uma perturbação neste local permite que fissuras entrem na zona de tensão.  Em geral, os pesquisadores acreditam que os resultados finalmente explicam a grande resistência das gotas do príncipe Rupert. “O trabalho explicou completamente por que a cabeça de uma gota é tão forte”, garantiu Chaudhri ao Phys.org. “Acredito que agora resolvemos a maioria dos principais aspectos desta área, no entanto, novas questões podem surgir inesperadamente”.   

Phys.org via HypeScience ] [ Fotos: Reprodução / HypeScience / Phys.org ]