Από τον 17ο αιώνα, οι σταγόνες του Πρίγκιπα Ρούπερτ έχουν προκαλέσει αμηχανία στους επιστήμονες. Οι σταγόνες γίνονται με εμβάπτιση ενός σφαιριδίου τετηγμένου νατρίου ή ασβεστίου σε κρύο νερό, το οποίο σχηματίζει ένα γυάλινο τεμάχιο σε σχήμα μπαμπού. Ενώ το κεφάλι της σταγόνας είναι απίστευτα ισχυρό και μπορεί να αντισταθεί σε όλα, από ένα χτύπημα σφυριού μέχρι την επιτάχυνση των σφαίρων, μόνο το τίναγμα της ουράς του κρυστάλλου μπορεί να προκαλέσει το όλον να σπάσει σε σκόνη. Τώρα, όπως αναφέρει ο David Szondy στο New Atlas, οι ερευνητές έχουν τελικά καταλάβει τα μυστικά πίσω από αυτές τις σταγόνες.
Το 1994, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν φωτογραφία υψηλής ταχύτητας για να καταγράψουν και να αναλύσουν τον τρόπο θραύσης των σταγόνων, αναφέρουν οι Lisa Zyga για το Phys.org. Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η επιφάνεια της σταγόνας έχει υψηλή τάση θλίψεως ενώ το εσωτερικό των σταγόνων είναι υπό υψηλή τάση. Ενώ αυτό το σύνθετο κάνει το κεφάλι πολύ ισχυρό, δεν είναι σε ισορροπία, πράγμα που σημαίνει ότι ακόμη και μια ελαφρά διαταραχή στην ουρά προκαλεί την αποσταθεροποίηση και την αποσύνθεση ολόκληρου του αντικειμένου. Στην πραγματικότητα, οι ρωγμές κινούνται στα 4.000 μίλια ανά ώρα, που κονιορτοποιούν το γυαλί.
Όμως, μέχρι πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις, οι ερευνητές θα μπορούσαν να εξετάσουν λεπτομερώς την κατανομή του στρες. Χρησιμοποίησαν ένα είδος μικροσκοπίου γνωστό ως polariscope μετάδοσης για να μελετήσει τις εντάσεις μέσα στο γυαλί. Με την αποστολή κόκκινου φωτός LED μέσα από την πτώση, ενώ ήταν βυθισμένη σε ένα καθαρό υγρό, μπορούσαν να μετρήσουν το πόσο άγχος στην πτώση επιβραδύνει το φως. Η συνολική επίδραση είναι ένας οπτικός χάρτης χρωματισμού ουράνιου τόξου των δυνάμεων μέσα στην πτώση. Χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα, οι ερευνητές υπολογίζουν στη συνέχεια τις διάφορες εσωτερικές και εξωτερικές δυνάμεις. Αναφέρθηκαν τα αποτελέσματά τους πέρυσι στο περιοδικό Applied Physics Letters.
Οι πιέσεις σε όλη την πτώση του Prince Rupert (Aben et al. Η τάση συμπίεσης γύρω από την κεφαλή της σταγόνας υπολογίστηκε ότι κυμαίνεται μεταξύ 29 και 50 τόνων ανά τετραγωνική ίντσα, καθιστώντας το γυαλί τόσο ισχυρό όσο ορισμένοι τύποι χάλυβα. Αλλά αυτή η δύναμη υπάρχει μόνο σε ένα λεπτό στρώμα που είναι μόλις δέκα τοις εκατό τη διάμετρο του κεφαλιού.
Για να σπάσει μια πτώση, μια ρωγμή πρέπει να περάσει από αυτό το στρώμα και να φτάσει στη ζώνη εσωτερικής έντασης. Αλλά το εξωτερικό στρώμα είναι τόσο ισχυρό ώστε οι περισσότερες ρωγμές απλά σχηματίζουν έναν ιστό αράχνης κατά μήκος της επιφάνειας. Η ουρά, ωστόσο, είναι μια άλλη ιστορία. Αυτό το λεπτό σκούπισμα από γυαλί μπορεί εύκολα να σπάσει, παρέχοντας μια άμεση σύνδεση με αυτή την ευαίσθητη εσωτερική ζώνη έντασης. Έτσι, όταν σπάσει, το υπόλοιπο γυαλί θρυμματίζεται.
Ο σχηματισμός των ζωνών δύναμης και αδυναμίας έχει να κάνει με το πώς σχηματίζονται οι σταγόνες. "Η επιφάνεια των σταγόνων δροσίζει ταχύτερα από το εσωτερικό, δημιουργώντας ένα συνδυασμό τάσεων πίεσης στην επιφάνεια και αντισταθμίζοντας τις τάσεις εφελκυσμού ή τραβήγματος στο εσωτερικό των σταγόνων", σύμφωνα με το δελτίο Τύπου.
"Η τάση εφελκυσμού είναι αυτό που συνήθως προκαλεί τη θραύση των υλικών, ανάλογο με το σκίσιμο ενός φύλλου χαρτιού στο μισό", λέει στο δελτίο τύπου ο Koushik Viswanathan του Πανεπιστημίου Purdue, συγγραφέας της εφημερίδας. "Αλλά αν μπορούσατε να αλλάξετε την τάση εφελκυσμού σε ένα θλιπτικό στρες, τότε γίνεται δύσκολο να αναπτυχθούν ρωγμές και αυτό συμβαίνει στο τμήμα κεφαλής των σταγόνων του Πρίγκιπα Ρούπερτ."
Οι ερευνητές έχουν προβληματίσει για αυτές τις σταγόνες για περίπου 400 χρόνια. Έλαβαν το όνομά τους από τον Πρίγκιπα Ρούπερτ της Γερμανίας, ο οποίος έδωσε πέντε από τις περίεργες σταγόνες στον Charles II της Αγγλίας. Από τότε, οι επιστήμονες προσπάθησαν να βρουν αυτό που κάνει τις σταγόνες τόσο δυνατές. Οι άνθρωποι έχουν δοκιμάσει τα πάντα για να σπάσουν αυτούς τους τρελλούς γυάλινους μανίκια από τα γυρίσματα των σταγόνων για να τους squashing σε υδραυλικά πρέσες. Αλλά αυτά τα πειράματα είναι αξιοσημείωτα για περισσότερο από τη διασκέδαση να προσπαθήσουμε να καταστρέψουμε τις δομές (αν και είναι πολύ διασκεδαστικό να παρακολουθούμε).
Όπως αναφέρει ο Andrew Liszewski στο Gizmodo, η εκμάθηση για τις σταγόνες θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέους τύπους γυαλιού αδιατάρακτου και, κυρίως, σε οθόνες κινητών τηλεφώνων που δεν μπορούν να καταστραφούν.
