Gota do príncipe Rupert

vidro derretido mergulhado em água gelada

Gota do príncipe Rupert 

Uma gota do príncipe Rupert (também designada como lágrima holandesa, lágrima de vidro, esfera de Rupert) é um objeto de vidro criado ao deixar cair uma gota de vidro incandescente em água muito fria. O vidro arrefece e toma uma forma semelhante à de um girino, com um "bolbo" ou "cabeça" formada por uma gota e uma longa cauda. A água rapidamente arrefece o vidro incandescente no exterior da gota, enquanto no interior o material permanece muito mais quente. Quando todo o sistema arrefece, contrai-se no interior da já sólida cápsula exterior. Esta contração permite enormes forças compressoras na superfície, enquanto o núcleo da gota está num estado de tensão.

É portanto um tipo de vidro temperado. A elevada tensão residual no interior da gota dá lugar a propriedades contra-intuitivas, como a capacidade de resistir a um golpe de um martelo ou mesmo de uma bala dirigidos ao "bolbo" ou "cabeça", mas podendo todo o conjunto desintegrar-se de forma explosiva se a cauda for minimamente danificada.

A descoberta da gota do príncipe Rupert é atribuída ao Príncipe Rupert do Reno (1619–1682), algo impossível porque há relatos da sua criação em 1625, mas terá sido ele a levá-las para Inglaterra. Segundo a lenda, o monarca usava muitas vezes estas gotas como divertimento, nas suas festas. Os relatos académicos da história inicial das gotas do príncipe Rupert encontram-se em notas e registos da Royal Society de Londres. A maior parte dos estudos científicos das gotas foram feitos na Royal Society.

As gotas foram imortalizadas em um verso da balada anónima de Gresham College (1663):

"And that which makes their Fame ring louder,
With much adoe they shew'd the King
To make glasse Buttons turn to powder,
If off the[m] their tayles you doe but wring.
How this was donne by soe small Force
Did cost the Colledg a Month's discourse"

O que é a Gota do Príncipe Rupert e porque ela é tão incrível

Ainda não conhece mais este incrível fenômeno da natureza? Então veja como ela se cria e delicie-se com o loop infinito do GIF (imagens animadas)

A ciência é uma coisa apaixonante (e como? como não se apaixonar por algo tão fabuloso). Você está lá, bem de boa e do nada: pá acontece algo extraordinário bem na frente dos seus olhos. A química e a física estão cheias destas bizarrices. E uma dessas foi a Gota do Príncipe Rupert.
Um nome pomposo para descrever algo igualmente mágico. Embora seja de fácil “reprodução” e nem tão simples explicação o resultado é incrível. Mais ou menos o seguinte:
O vidro se “quebra” desde que sofreu a tensão causada, e ao final, explodiu transformando tudo em 1 milhão de pedacinhos
Agora vamos entender como isso acontece.

Origem da Gota do Príncipe Rupert
Como boa parte das coisas na ciência a Gota do Príncipe Rupert (ou lágrima holandesa, lágrima de vidro, esfera de Rupert) foi descoberta por acaso e há bastante tempo. Sabe-se que as Gotas feitas no norte da (atual) Alemanha eram famosas desde o século XVII por sua qualidade superior às demais. Na época elas eram muito utilizadas como objetos em festas.




O nome advém, é claro, de algum príncipe chamado Rupert, que talvez nem tenha sido o primeiro a manufaturar o objeto, mas foi o responsável a dar uma Gota como presente ao Rei Charles II em 1660 e então tornar o adereço famoso e desejado nas cortes de todo o mundo.
O Rupert em questão era príncipe de Reno, filho mais novo de Frederico V (rei da Boêmia) e Isabel e sobrinho do famoso Carlos I. Rupert foi soldado, artista e inventor.

Foi banido, virou pirata, depois voltou à Inglaterra para tornar-se comandante naval e governador. Em meio a tudo isso ele – ou alguém que o contou – deve ter deixado cair um pingo de vidro fundido em uma água muito fria.
Assim estava descoberta a Gota que levaria seu nome.

Explicando o princípio
A descoberta, provavelmente, ocorreu ao derrubar vidro derretido em água gelada. Mas por que isso acontece? O que faz com que o objeto fique com uma resistência (muito) maior e adquira a forma de um “girino” como era comumente descrita na época?
Funciona assim: Quando o vidro está em seu estado líquido todas as partículas estão flexíveis, correto? Por isso que um líquido pode assumir qualquer forma que quisermos. Essa liquidez é obtida através da fusão (passagem do estado sólido para o líquido), que por sua vez é obtida através de muito calor no material e que quase todo elemento no Universo possui.

Quando um vidro em estado líquido (ponto de fusão de aproximadamente 1250 C°) é rapidamente mergulhado na água gelada acontece um resfriamento de fora para dentro. Em linhas gerais o processo faz com que dentro da Gota se crie diferentes tensões.

Agora imagina que temos um pouco de vidro em estado líquido, afinal está fundido. Ao cair na água gelada as moléculas se resfriam e, milésimos de segundo depois,  se tornarem sólidas. A solidificação vai se replicando à medida em que a Gota é mergulhada.
O “problema” é que, enquanto as bordas já foram resfriadas e passaram ao estado sólido, no interior da Gota ainda há vidro derretido que está esperando sua vez de passar pelo mesmo processo de perda de calor.
Mas para perdê-lo, esse calor tem que ir para algum lugar, certo? Do interior para o exterior é impossível, pois as bordas solidificadas formam uma barreira muito eficiente não deixando que nada escape por ali. Assim temos uma bolha de calor presa dentro de bordas sólidas e um problemão para resolver.

Por causa dos coeficientes de expansão térmica (material frio encolhe, material quente expande) as moléculas do interior, presas ali dentro, começaram a esfriar e comprimir-se. Por este motivo uma Gota destas pode suportar até 20 toneladas de pressão (Gota de Prince Rupert Esmagado pela Prensa Hidráulica [ 4K - Slow Motion ] )

E se você clicou no link anterior e não acreditou na tonelagem informada pela máquina, dê o play e veja a Gota destruindo uma bala calibre 38 a uma taxa de mais de 170 mil frames por segundo... (.38 Special vs Prince Ruperts Drop at 170,000 FPS)

Ok, a resistência é muito interessante é verdade, mas ao se solidificar com toda esta tensão, dentro do artefato é aprisionado um estresse que você nem imagina, louco sair dali na primeira oportunidade que tiver.
Assim, você só precisa de uma pequena abertura nas bordas que aprisionam a tensão para que ela, literalmente, exploda para fora em um efeito cascata que vai despedaçando o vidro de cima a baixo em uma velocidade de, aproximadamente, 1650 metros por segundo.

Conclusão
A conclusão é que todo mundo ama a tal Gota do Príncipe Rupert e você também a partir de agora. Além de ser incrível ela foi responsável por avanços no campo da ciência. Isso porque após o rei Charles II recebê-la de presente ele a entregou à recém-criada Academia Real de Ciências do Reino Unido onde ela foi fundamental para muitos estudos, como para a elasticidade dos materiais.

Hoje ela pode não ser mais tão famosa, mas no século XVII ganhou até poemas em sua homenagem.

Fonte:
Wikipedia

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