El misterio de las gotas del príncipe Rupert

El canal de YouTube “Smarter Every Day” llevó a cabo un experimento para mostrar un fenómeno muy curioso conocido como “gotas del príncipe Rupert“.

 gotas del príncipe Rupert

Según el vídeo, el experimento nunca se había demostrado en Internet. Destin, uno de los autores del canal, se reunió con Cal, de Hot Glass Orbix. En conjunto, retiraron un pedazo de vidrio al rojo vivo de un horno, y luego lo colocaron en un cubo con agua fría.

Una vez que el vidrio se enfría, adquiere una forma muy peculiar, muy parecida a la de un pequeño renacuajo. Sin embargo, no es un simple trozo de vidrio, tiene algunas propiedades mecánicas interesantes.

Puedes golpearla con un martillo, por ejemplo, y no se romperá. En el video, se puede ver el primer intento de los chicos por romper esta gota de un martillazo, pero fracasan a pesar de la aparente fragilidad del objeto. Sin embargo, en el segundo intento, acertado con más fuerza, al parecer, la gota se rompe.

Utilizando una cámara de alta velocidad, Destin muestra que, a pesar de que pareciera que la gota fue la que se rompió, no fue exactamente lo que sucedió. Después de ser impactada por el martillo, se mantuvo entera, y momentos después explotó en miles de fragmentos.

Lo interesante viene después: las imágenes a cámara lenta revelan que, como se había predicho, no fue el martillo el que hizo a la gota explotar, sino el movimiento ondulante hasta la cola, que la retorció con rapidez, lo que provocó la explosión.

Ese es el secreto de este extraño fenómeno: se puede tratar de golpear a la gota de todas las formas, y no se romperá, pero si se golpe la cola, aunque sea ligeramente, todo va a explotar literalmente.

Destin muestra la extraña explosión a varias velocidades, desde 3,000 fps (fotogramas por segundo, o fps) hasta 100,000 fps, en la que podemos ver claramente que con sólo tocar la cola, cada pedazo de vidrio, empezando por ella y hasta la “cabeza” se rompe.

La física detrás de las gotas del príncipe Rupert.

Usando un polariscopio, que es básicamente un vidrio filtrado polarizado utilizado para comprobar si una luz emana directamente de una fuente o si ha experimentado el fenómeno de polarización, Destin coloca otro filtro en la lente de la cámara, y la gota en el medio de los dos, así el espectador puede mirar en la estructura interna del vidrio.

Lo que vemos es la tensión interna que se creó dentro de la gota. Y, ¿como llegó todo este estrés ahí?

Destin utiliza colores como metáforas para explicar el fenómeno. El gris representa al cristal sólido. El rojo al vidrio fundido – y, a causa del coeficiente de expansión térmica, es seguro suponer que, cuanto más alta es la temperatura, mayor vidrio “rojo” debe permanecer. El azul representa al vidrio que se enfría – transitando entre los dos estados. Debido a este mismo coeficiente, este vidrio está reducido.

Una gota del Prince Rupert se puede entender como miles de pedazos de vidrio infinitesimales, cada uno queriendo interactuar con otro a su alrededor. Cuando el vidrio fundido se coloca en agua fría, la capa de vidrio “rojo” más exterior es inmediatamente solidificada (“gris”), y por lo tanto solidifica la forma de gota del fenómeno.

El interior de la gota, sin embargo, sigue siendo un líquido caliente expandido. Conforme se expone al agua fría, comienza a enfriarse y a empujar contra la capa externa. El problema es que este cristal exterior ya está sólido, entonces “empuja hacia atrás” y no se rompe. De hecho, es más fuerte.

Como el vidrio enfriándose no puede mover la capa exterior pasa a hacer fuerza contra sí mismo, provocando una enorme tensión, lo que lo endurece, volviéndose también sólido.

Es la gota del Prince Rupert: el exterior está en extremo estrés de compresión, y el interior en extremo estrés de tensión . Si un enlace de esta linea de tensión se rompe, todos los demás lo hacen, alimentándose de su propia energía almacenada, como un explosivo químico. La diferencia es que en lugar de liberar energía química potencial, se libera la energía de la tensión mecánica.

Al grabar la explosión a 130,000 fps, Destin incluso puede calcular la velocidad a la que esto ocurre: unos 1,658 metros por segundo.

Ciencia, Videos

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  • Rowenna Mar 26, 2013

    wow genial, ya tengo una idea que hacer en estas vacaciones.

  • reymas Mar 26, 2013

    Aunque te leo desde hace mucho no había posteado nunca, notas como estas son impresionantes felicidades por el trabajo que representa mantener este blog siempre fresco

  • Ruffles Mar 26, 2013

    Extraordinario!!! 😀 a mi me fascinan este tipo de “reportajes” como el del vídeo… prácticamente lo tradujiste todo… bien hecho =)

    Si hay jueves de terror hagamos martes de ciencia!! xD

    • Rowenna Mar 27, 2013

      muy bien apoyo a Ruflles

    • Bandido Mar 27, 2013

      LO APOYO

  • yanimeacuerdo Mar 26, 2013

    hoy como que no tienes que hacer henry?, lo digo por los posts muy largos y explicados y asi son todos hoy, normalmente los post son cortos…sobre las gotas de vidrio muy buen post

  • EL MORO Mar 27, 2013

    GENIAL, ME GUSTAN LAS CAMARAS SUPER, SUPER, SUPER, LENTAS….Y MAS CON EXPERIMENTOS COMO ESTE….

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