Los científicos resuelven un rompecabezas físico de 400 años de antigüedad
Publicado: 30 jul 2017 18:04 GMT
El misterio de las gotas del príncipe Rupert
inquietaba a la comunidad científica desde el siglo XVI, hasta que un
equipo de investigadores ha logrado dar recientemente con la clave.
Foto ilustrativa
wikipedia.org
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Las gotas
del príncipe Rupert, también conocidas como esferas de
Rupert o lágrimas holandesas, entrañan una curiosidad física que la
comunidad científica llevaba queriendo resolver 400 años, desde los
albores del siglo XVI.
Estas enigmáticas gotas, que se obtienen haciendo gotear vidrio fundido en agua fría, tienen la cabeza grande y la cola fina. Las grandes fuerzas de compresión que una gota del príncipe Rupert contiene en el exterior crean un fenómeno insólito: mientras su extremo más ancho es capaz de soportar el golpe de un martillo sin romperse, si se daña la cola con el movimiento más ligero la gota entera se desintegra, junto con su resistente cabeza.
Este año un equipo de científicos de la Universidad Purdue (Indiana, EE.UU.), la Universidad de Cambridge (Reino Unido) y la Universidad Técnica de Tallin (Estonia) ha logrado explicar por qué las cabezas de estas gotas son tan resistentes y por qué no se rompen con facilidad.
Su estudio continúa la investigación emprendida en 1994 por el físico y matemático indio Subrahmanyan Chandrasekhar, que aquel año empezó a estudiar estas gotas con ayuda de fotografía ultrarrápida. Ahora los científicos han recurrido a nuevas tecnologías que permiten estudiar con más detalle el proceso de ruptura de la gota y cómo la tensión se distribuye por ella. Dicha tensión fue medida por los investigadores con un polariscopio y una técnica conocida como la fotoelasticidad, que se usa para la medición de esfuerzos y deformaciones en los objetos.
Los resultados revelaron que las cabezas de la gota tienen mucha más tensión compresiva en su superficie de lo que científicos pensaban. En concreto 700 megapascales, lo que, aproximadamente, equivale a 7.000 veces más que la presión atmosférica, mientras que la capa de compresión de la superficie es del alrededor del 10% del diámetro de la cabeza de la gota. Por esa razón la cabeza es tan fuerte y resistente, mientras que la gota en su totalidad siempre se encuentra en un equilibrio inestable, explican los investigadores.
Curiosamente, solo se puede perturbar este estado tocando su cola. ¿por qué ocurre esto? Cuando se rompen objetos de vidrio se forman grietas que, habitualmente, se extienden por su superficie, entrando en la zona de tensión. Sin embargo, la zona de tensión de las gotas del príncipe Rupert no se encuentran en la superficie, y solo cuando uno toca la cola de la gota se genera un impulso que entra en la zona de tensión de la gota y la rompe.
"El estudio ha explicado plenamente por qué la cabeza es tan fuerte", asegura el físico Munawar Chaudhri, de la Universidad de Cambridge, a Phys.org, añadiendo que cree que "la mayoría de los principales aspectos de este ámbito han sido resueltos". Sin embargo, el científico advierte que "nuevas preguntas pueden surgir inesperadamente". El estudio fue publicado en la revista Applied Physics Letters en 2016.
Estas enigmáticas gotas, que se obtienen haciendo gotear vidrio fundido en agua fría, tienen la cabeza grande y la cola fina. Las grandes fuerzas de compresión que una gota del príncipe Rupert contiene en el exterior crean un fenómeno insólito: mientras su extremo más ancho es capaz de soportar el golpe de un martillo sin romperse, si se daña la cola con el movimiento más ligero la gota entera se desintegra, junto con su resistente cabeza.
Este año un equipo de científicos de la Universidad Purdue (Indiana, EE.UU.), la Universidad de Cambridge (Reino Unido) y la Universidad Técnica de Tallin (Estonia) ha logrado explicar por qué las cabezas de estas gotas son tan resistentes y por qué no se rompen con facilidad.
Su estudio continúa la investigación emprendida en 1994 por el físico y matemático indio Subrahmanyan Chandrasekhar, que aquel año empezó a estudiar estas gotas con ayuda de fotografía ultrarrápida. Ahora los científicos han recurrido a nuevas tecnologías que permiten estudiar con más detalle el proceso de ruptura de la gota y cómo la tensión se distribuye por ella. Dicha tensión fue medida por los investigadores con un polariscopio y una técnica conocida como la fotoelasticidad, que se usa para la medición de esfuerzos y deformaciones en los objetos.
Los resultados revelaron que las cabezas de la gota tienen mucha más tensión compresiva en su superficie de lo que científicos pensaban. En concreto 700 megapascales, lo que, aproximadamente, equivale a 7.000 veces más que la presión atmosférica, mientras que la capa de compresión de la superficie es del alrededor del 10% del diámetro de la cabeza de la gota. Por esa razón la cabeza es tan fuerte y resistente, mientras que la gota en su totalidad siempre se encuentra en un equilibrio inestable, explican los investigadores.
Curiosamente, solo se puede perturbar este estado tocando su cola. ¿por qué ocurre esto? Cuando se rompen objetos de vidrio se forman grietas que, habitualmente, se extienden por su superficie, entrando en la zona de tensión. Sin embargo, la zona de tensión de las gotas del príncipe Rupert no se encuentran en la superficie, y solo cuando uno toca la cola de la gota se genera un impulso que entra en la zona de tensión de la gota y la rompe.
"El estudio ha explicado plenamente por qué la cabeza es tan fuerte", asegura el físico Munawar Chaudhri, de la Universidad de Cambridge, a Phys.org, añadiendo que cree que "la mayoría de los principales aspectos de este ámbito han sido resueltos". Sin embargo, el científico advierte que "nuevas preguntas pueden surgir inesperadamente". El estudio fue publicado en la revista Applied Physics Letters en 2016.
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