Lágrimas de Batavia [1] [2] (en honor a Batavia , el antiguo nombre de Holanda), también frascos boloñeses , gotas del príncipe Rupert: gotas endurecidas de vidrio templado con tensiones mecánicas internas extremadamente altas [3] .
Lo más probable es que los sopladores de vidrio conocieran tales gotas de vidrio desde tiempos inmemoriales, pero atrajeron la atención de los científicos bastante tarde: en algún lugar a mediados del siglo XVII [4] . Aparecieron en Europa (según diversas fuentes, en Holanda , Dinamarca o Alemania ). Fueron traídos a Inglaterra por el príncipe Rupert del Palatinado . La tecnología para hacer "lágrimas" se mantuvo en secreto, pero resultó ser muy simple.
Si arroja vidrio fundido en agua fría y el vidrio no revienta después de eso [5] , obtiene una gota en forma de renacuajo, con una "cola" larga y curva. Al mismo tiempo, la gota tiene una fuerza excepcional : su "cabeza" se puede golpear con un martillo y no se romperá. Pero si rompes la cola, la gota se rompe instantáneamente en pequeños fragmentos [2] . El experimento debe llevarse a cabo con gafas protectoras, ya que los cristales "explotados" son muy peligrosos.
En los fotogramas grabados con fotografía de alta velocidad , se puede ver que el frente de “explosión” se mueve gota a gota a una velocidad alta: 1,2 km/s (a modo de comparación: la velocidad del sonido en el aire es de 0,34 km/s , la velocidad de detonación explosiva es de 2— 9 km/s ). Si el experimento se realiza en la oscuridad, también se nota la triboluminiscencia .
En luz polarizada , se puede ver que la gota no es isotrópica , sino que experimenta fuertes tensiones internas, lo que provoca propiedades tan extrañas.
El vidrio fundido no cristaliza cuando baja la temperatura , sino que pasa a un estado vítreo , es decir, los átomos del vidrio que se endurece no tienen tiempo de tomar sus lugares “correctos”, lo mismo que en un cristal , pero forman una estructura similar. a la estructura de un líquido . Es importante señalar que las características del vidrio en este estado, en particular, el volumen, dependen sustancialmente de la velocidad de enfriamiento de la masa fundida [6] .
Cuando una gota de vidrio fundido a una temperatura de 400 a 600 °C cae en el agua, su capa exterior se enfría tan rápido que la estructura del vidrio no tiene tiempo para reconstruirse y el cambio (disminución) correspondiente en el volumen es pequeño. Por otro lado, el núcleo de la gota se enfría lentamente y, por lo tanto, la estructura del vidrio del núcleo cambia mucho más que la del vidrio de la capa exterior. Sin embargo, el volumen del núcleo no puede cambiar de acuerdo con el cambio de estructura, ya que la capa exterior evita tal cambio de volumen. Como resultado, el núcleo se estira y la capa exterior se comprime . En otras palabras, los esfuerzos mecánicos de tracción actúan en la parte interna de la gota enfriada, mientras que los esfuerzos de compresión actúan en la parte externa [7] [8] . El caparazón comprimido es muy fuerte (por ejemplo, los fondos de las latas de aerosol o los túneles subterráneos de hormigón están dispuestos de la misma manera ), pero si se destruye el caparazón, se liberan todas las tensiones y la gota explota.
De manera similar, se obtiene vidrio templado ; sin embargo, no tiene esa cola por la cual se puede romper la cubierta (más precisamente, tales "colas" son las esquinas con la mayor curvatura). Si la cáscara aún logra romperse (por ejemplo, insertando un vaso de dicho vidrio en otro vaso y calentándolo, o golpeando el extremo de una hoja de dicho vidrio), es posible la misma "explosión".