Depuis le 17ème siècle, les gouttes de Prince Rupert ont déconcerté les scientifiques. Les gouttes sont fabriquées en trempant une perle de verre sodocalcique ou silex fondu dans de l’eau froide, ce qui forme un morceau de verre en forme de têtard. Alors que la tête de la goutte est incroyablement forte et peut résister à tous les coups, des coups de marteau aux balles rapides, un simple effleurement de la queue du cristal peut faire fondre le tout en poudre. Maintenant, comme le rapporte David Szondy au New Atlas, les chercheurs ont enfin compris les secrets de ces gouttes.
En 1994, les chercheurs utilisaient la photographie à haute vitesse pour enregistrer et analyser la manière dont les gouttes se brisent, rapporte Lisa Zyga pour Phys.org. Ils ont conclu que la surface de la goutte présentait une contrainte de compression élevée, tandis que l'intérieur des gouttes était soumis à une tension élevée. Bien que ce combo rend la tête très forte, elle n’est pas en équilibre, ce qui signifie que même une légère perturbation à la queue déstabilise et fait éclater l’ensemble. En fait, les fissures se déplacent à 4 000 milles à l'heure, ce qui pulvérise le verre.
Mais ce n’est que jusqu’à de récents progrès technologiques que les chercheurs ont pu examiner la répartition des contraintes en détail. Ils ont utilisé un type de microscope connu sous le nom de polariscope à transmission pour étudier les tensions dans le verre. En envoyant une lumière LED rouge à travers la goutte alors qu’elle était immergée dans un liquide clair, ils pouvaient mesurer comment les contraintes de la goutte ralentissaient la lumière. L'effet global est une carte optique de la couleur de l'arc-en-ciel des forces à l'intérieur de la goutte. À l'aide de modèles mathématiques, les chercheurs ont ensuite calculé les différentes forces intérieures et extérieures. Ils ont détaillé leurs résultats l'année dernière dans la revue Applied Physics Letters.
Les stress tout au long de la chute de Prince Rupert (Aben et al./American Institute of Physics) La contrainte de compression autour de la tête de la goutte a été calculée entre 29 et 50 tonnes par pouce carré, ce qui rend le verre aussi résistant que certains types d’acier. Mais cette force n'existe que dans une mince couche qui ne représente que dix pour cent du diamètre de la tête.
Pour casser une goutte, une fissure doit traverser cette couche et atteindre la zone de tension intérieure. Mais la couche externe est si résistante que la plupart des fissures ne forment qu'une toile d'araignée sur la surface. La queue, cependant, est une autre histoire. Ce mince morceau de verre peut facilement être brisé, fournissant un lien direct à cette zone de tension intérieure sensible. Donc, quand il se brise, le reste du verre se brise.
La formation des zones de force et de faiblesse est liée à la formation des gouttes. "La surface des gouttes se refroidit plus rapidement que l'intérieur, produisant une combinaison de contraintes de compression sur la surface et de compensation des contraintes de traction ou de traction à l'intérieur des gouttes", indique le communiqué de presse.
«La contrainte de traction est ce qui cause généralement la rupture des matériaux, ce qui revient à déchirer une feuille de papier en deux», explique Koushik Viswanathan, de l’Université de Purdue, dans le communiqué. «Mais si vous pouviez transformer le stress de traction en stress de compression, il deviendrait difficile de faire croître les fissures, et c'est ce qui se passe dans la tête des gouttes de Prince Rupert.»
Les chercheurs s'interrogent sur ces baisses depuis environ 400 ans. Ils ont été nommés d'après le prince allemand Rupert, qui a donné cinq des étranges gouttes à l'Angleterre Charles II. Depuis lors, les scientifiques ont essayé de déterminer ce qui rend les gouttes si fortes. Les gens ont tout essayé pour casser ces têtards de verre fous de tirer des gouttes à les écraser dans des presses hydrauliques. Mais ces expériences ne se limitent pas au plaisir d'essayer de détruire les structures (même si c'est amusant à regarder).
Comme le rapporte Andrew Liszewski de Gizmodo, se renseigner sur les gouttes pourrait donner naissance à de nouveaux types de verre incassable et, plus important encore, à des écrans de téléphone portable non fissurables.
