Τα δάκρυα του πρίγκιπα Ρούπερτ (γνωστά και ως δάκρυα Batavia) είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα του πώς το γυαλί μπορεί να αποκτήσει μοναδικές ιδιότητες χάρη σε συγκεκριμένες θερμικές διεργασίες.
Πρόκειται για μια σταγόνα γυαλιού που λαμβάνεται με τη ρίψη λιωμένου γυαλιού σε κρύο νερό. Αυτή η γρήγορη ψύξη δημιουργεί μια πολύ ιδιαίτερη εσωτερική δομή.
Η υψηλή αντοχή στη θραύση καθιστά τις σταγόνες αυτές ένα από τα πιο σκληρά αντικείμενα του πλανήτη. Πολλοί επιστήμονες έχουν ερευνήσει το φαινόμενο προσπαθώντας να δώσουν απαντήσεις.
Οι σταγόνες παράγονται από λιωμένο γυαλί που στάζει μέσα σε κρύο νερό. Το νερό ψύχει γρήγορα και στερεοποιεί το γυαλί στο εξωτερικό της σταγόνας, ενώ ο εσωτερικός πυρήνας παραμένει λιωμένος. Όταν το γυαλί στο εσωτερικό τελικά ψύχεται συστέλλεται προς τα μέσα, ενώ ο πυρήνας στερεοποιείται σε μία κατάσταση εφελκυσμού. Εφελκυσμός ονομάζεται η κατάσταση κατά την οποία σε ένα σώμα ασκούνται δυνάμεις αντίθετης φοράς που τείνουν να το επιμηκύνουν.
Το σχεδόν σφαιρικό σχήμα από της στρογγυλής κεφαλής δίνει μεγάλη αντοχή, τέτοια που να μπορεί να χτυπηθεί από ένα σφυρί ή μια σφαίρα χωρίς να σπάσει, ενώ το ημικυλινδρικό σχήμα της ουράς το καθιστά εύθραυστο.
Όταν οποιοδήποτε τμήμα της ουράς καταστραφεί, απελευθερώνεται η μεγάλη ποσότητα δυναμικής ενέργειας που είναι αποθηκευμένη στην εσωτερική δομή. Προκαλείται διάδοση ρηγματώσεων μέσα στο γυαλί προς την κεφαλή σε πολύ υψηλές ταχύτητες, θρυμματίζοντας το σύνολο της δομής σε νιφάδες και σκόνη. (Το γυαλί δεν έχει κρυσταλλική δομή, αλλά είναι άμορφο στερεό).
Μια εξέταση από τα θραύσματα σε τέτοιες σταγόνες με τη χρήση βίντεο υψηλής ταχύτητας, αποκάλυψε ότι το «μέτωπο θραύσης» το οποίο ξεκινά στην ουρά διαδίδεται στην αποσυντιθέμενη σταγόνα μέσα στην εφελκυστική ζώνη προς την κεφαλή σε μια πολύ υψηλή ταχύτητα (1.45 μέχρι 1.9 km/s [0.9–1.2 mi/s]).
Η κεφαλή της σταγόνας είναι απίστευτα ανθεκτική. Μπορεί να αντέξει εξαιρετικά δυνατά χτυπήματα, όπως από σφυρί, χωρίς να σπάσει. Ωστόσο, αυτή η αντίσταση κρύβει μια εξαιρετική ευθραυστότητα στη λεπτή ουρά του δακρύου. Απλώς σπάστε αυτό το τμήμα και ολόκληρη η δομή εκρήγνυται σε μυριάδες θραύσματα, λόγω της ξαφνικής απελευθέρωσης συσσωρευμένων εσωτερικών εντάσεων.
Στο βίντεο που ακολουθεί μπορείτε να πάρετε μια γεύση για το πόσο σκληρές είναι αυτές οι σταγόνες, σε σημείο να λυγίζει η υδραυλική πρέσα και αυτές να μένουν αναλλοίωτες:
Αυτό το φαινόμενο έχει γοητεύσει τους επιστήμονες και τους περίεργους για αιώνες. Ο συνδυασμός εξαιρετικής αντοχής και ευθραυστότητας αναδεικνύει τις πολύπλοκες συμπεριφορές των υλικών όταν υποβάλλονται σε θερμική και μηχανική καταπόνηση. Τα δάκρυα του πρίγκιπα Ρούπερτ συνεχίζουν να χρησιμοποιούνται σήμερα για να επιδείξουν έννοιες και υλικά φυσικής σε εκπαιδευτικά και επιστημονικά πλαίσια.
Δείτε στο παρακάτω βίντεο πώς αντιδρούν στην πρέσα άλλα υλικά και πως αντιδρούν οι συγκεκριμένες σταγόνες γυαλιού:
