Proprietățile misterioase ale lacrimilor de Batavia, explicate după aproape 400 de ani

Misterul unor mici obiecte artizanale din sticlă, în formă de lacrimă și cu o coadă lungă și subțire, denumite “picăturile prințului Rupert” sau “lacrimi de Batavia” și care pot rezista unor lovituri de ciocan și, în același timp se pot sparge la cea mai fină atingere, a fost elucidat după aproape patru secole, conform unui material publicat joi de Live Science.

“Pe de-o parte, capul (picăturii) poate rezista loviturilor de ciocan, iar de cealaltă parte, coada poate fi spartă la cea mai fină apăsare cu degetul, iar în câteva microsecunde întregul obiect se dezintegrează într-un praf fin de sticlă”, explică Srinivasan Chandrasekar, profesor de inginerie industrială și director al Centrului pentru procesarea Materialelor și Tribologie de la Universitatea Purdue, din Indiana, coautor al noului studiu.

Conform noului studiu, capul acestor obiecte este extrem de rezistent din cauza forțelor de compresiune care acționează la exteriorul picăturii și care pot rivaliza cu forțele de compresiune suportate de anumite tipuri de oțel.

Picăturile prințului Rupert au devenit faimoase în anul 1660, pe când prințul german Rupert de Rin i-a oferit câteva astfel de obiecte vărului său, regele Carol al II-lea al Angliei. Astfel de curiozități, obținute atunci când sticla topită este picurată într-un recipient conținând apă rece, erau cunoscute maeștrilor sticlari de secole. Uimit de proprietățile acestor obiecte, Carol al II-lea le-a trimis spre cercetare savanților din Royal Society, care au publicat o primă analiză a acestora în anul 1661, fără a înțelege însă cum de aceste picături puteau fi, în același timp, atât de rezistente și atât de friabile.

În 1994 Chandrasekar și un coleg au folosit o cameră video de mare viteză pentru a filma cu 1 milion de cadre pe secundă cum se sparg aceste picături. Prin examinarea filmării ei au observat că mici crăpături care se formează în coadă, se extind cu rapiditate spre capul picăturii. Odată ce aceste crăpături ajung să se extindă cu o viteză suficient de mare (aproximativ 1,5 kilometri pe secundă), se bifurcă. Apoi când cele două crăpături rezultate ajung să se propage cu o viteză suficient de mare, se bifurcă la rândul lor și tot așa. În cele din urmă întregul obiect este pulverizat de extinderea și înmulțirea acestor mici crăpături.

“Coada i se rupe, dar capul parcă explodează pur și simplu și nu rămâne decât praf, iar această parte este cu adevărat spectaculoasă”, a explicat Chandrasekhar pentru Live Science.

Această descoperire explică de ce ruperea cozii distruge atât de ușor acest obiect. Pornind de aici, oamenii de știință au încercat să explice paradoxala îmbinare de rezistență și fragilitate a picăturilor prințului Rupert, dar nu au putut elucida caracterul incasabil al capului.

În noul studiu, Chandrasekar a apelat la o tehnică denumită fotoelasticitate integrată pentru a afla care este misterul acestei rezistențe. Această tehnică presupune plasarea obiectului într-un bazin cu apă și trecerea prin el a unor unde luminoase polarizate, orientate într-un singur plan. Tensiunile interne din material modifică polarizarea luminii. Analiza polarizării undelor de lumină care au trecut prin obiect identifică tensiunile interne din acesta, atât din capul ultrarezistent cât și din coada ultrafriabilă.

Conform studiului, capul picăturilor prințului Rupert susține niveluri extraordinare de stres de compresiune — aproximativ 50 de tone pe 6,45 centimetri pătrați. Aceste tensiuni din material se formează atunci când sticla topită, care se dilată, este introdusă în apă rece și se contractă rapid. Atunci când apa și sticla topită intră în contact, exteriorul picăturii de sticlă se răcește mai rapid decât interiorul său. Astfel, stratul exterior formează un fel de înveliș care apasă, presează interiorul. Iar cum interiorul este încă în curs de răcire și compunerea forțelor care acționează asupra obiectului trebuie să fie egală cu zero, în capul picăturii se formează tensiuni de întindere care acționează în direcție opusă tensiunilor de compresiune și astfel se anulează reciproc.

Astfel, motivul pentru care tensiunile de compresiune de la exterior împiedică spargerea capului picăturii de sticlă devine evident: atomii de sticlă sunt înghesuiți strâns unii în alții iar întreaga structură devine mult mai rezistentă.

O aplicație actuală a proprietăților lacrimilor de Batavia se găsește în sticla securit folosită la parbrize. Tratamentul termic duce la creșterea rezistenței mecanice, iar daca totuși geamul se sparge el formează cioburi minuscule, care nu sunt periculoase.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

7 × = 63