¿Puede el vidrio realmente romper balas? ¿Qué son las gotas de Prince Rupert?

Las gotas de Prince Rupert son fuertes glóbulos bulbosos hechos de vidrio fundido con una cola muy frágil. Si bien la cabeza bulbosa puede resistir las balas, la cola se rompe incluso con la más mínima fuerza, lo que hace que toda la gota se rompa.

El vidrio es uno de los materiales más interesantes jamás descubiertos y diseñados por la humanidad. Si bien tiene una estructura molecular específica, no tiene una fórmula química que lo identifique entre otros productos químicos.

La estructura molecular del vidrio se puede modificar para satisfacer diversas necesidades, desde fines decorativos hasta a prueba de balas. Sin embargo, este místico material sigue sorprendiéndonos.

Por ejemplo, la prueba de balas es una cosa, pero romper una bala es otra muy distinta. Sí, lo leiste bien. De hecho, el vidrio puede romper balas. Por muy tentados que estemos de comprobar este hecho por nosotros mismos de inmediato, tomemos un minuto para aprender un poco más.

¿Qué tipo de vidrio puede romper balas?

Cuando pequeños trozos de vidrio fundido se dejan caer en agua fría, adquieren formas similares a una lágrima con una pequeña cola rizada. Su forma y algo de historia con la realeza anglo-alemana los llevó a llamarse gotas del príncipe Rupert. También reciben otros nombres, como lágrimas holandesas y bátavas.

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Las gotas de Prince Rupert, también conocidas como lágrimas de Batavian, tienen forma de gota y tienen una cola delgada y frágil (Crédito de la foto: Daria Berdnikova/Shutterstock)

En varios experimentos realizados por científicos y entusiastas, se descubrió que las balas rebotaban en la cabeza de la gota. En este proceso, la propia cabeza bulbosa sufriría muy pocos daños, mientras que la bala se desintegraría.

¿Qué hace que las gotas de Prince Rupert sean tan especiales?

Si un pedazo de vidrio en forma de lágrima que rompe balas no es lo suficientemente intrigante, aquí hay un pequeño hecho divertido. Si tuviera que cortar la cola de una gota de Prince Rupert, todo se rompe explosivamente en pequeños fragmentos.

Aquí radica el enigma… ¿Cómo puede romperse algo capaz de romper balas simplemente cortando su delgada cola? El secreto está en la estructura de la gota y su proceso de formación.

¿Cómo se forman las gotas de Prince Rupert?

Cuando las gotas de vidrio fundido se dejan caer en agua fría, el vidrio se somete a un proceso de enfriamiento. Si está familiarizado con la palabra, es probable que haya oído hablar del enfriamiento en metales.

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El enfriamiento repentino de un material en estado fundido sumergiéndolo en un medio de enfriamiento se conoce como enfriamiento rápido e imparte resistencia al material. (Crédito de la foto: Maksim Safaniuk/Shutterstock)

El enfriamiento se refiere a un proceso de enfriamiento repentino de materiales que se han calentado hasta su estado fundido. Esto se logra sumergiendo el material fundido en varios medios, como agua fría y aceites.

¿Qué sucede durante el enfriamiento del vidrio?

Durante el enfriamiento, la superficie más externa de la gota de vidrio entra en contacto primero con el medio de enfriamiento, lo que da como resultado un enfriamiento muy rápido. El núcleo de la cabeza bulbosa, por otro lado, no se enfría tan rápido.

Este enfriamiento diferencial da como resultado que la parte más externa de la cabeza experimente un alto estrés de compresión, o fuerzas que empujan las moléculas más cerca unas de otras. Sin embargo, la parte interna, debido a su enfriamiento más lento, experimenta tensiones de tracción que obligan a las moléculas a separarse unas de otras.

Experimentos y observaciones con las gotas de Prince Rupert

Entre los experimentos más populares que utilizan las gotitas de Prince Rupert se encuentra la prueba de la bala, en la que estas bombillas de vidrio se suspenden y se disparan. Se observa que la cabeza de la gota puede soportar razonablemente bien el impacto de una bala. Sin embargo, a medida que las ondas de choque viajan hacia su cola, hace que toda la gota se desintegre de forma explosiva. El mismo efecto se puede observar si la cola se corta sola.

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Hasta el advenimiento de la tecnología de imágenes de alta velocidad, la física detrás del comportamiento dual de las gotas de Prince Rupert era en gran parte desconocida. Esto se debe al hecho de que explotan en polvo fino casi instantáneamente, por lo que los cambios en su estructura no se pueden registrar de forma fiable.

La razón del comportamiento dual de las gotas de Prince Rupert

La respuesta a este comportamiento anómalo radica en la estructura de la gota. La gota se forma de tal manera que la superficie exterior se enfría más rápido, mientras que la parte interior se enfría lentamente.

capa de compresión en el exterior y una capa de tracción en el interior 1

El enfriamiento diferencial da como resultado la formación de una capa de compresión en el exterior y una capa de tracción en el interior.

Esto da como resultado que la parte interna tire de la superficie más externa hacia adentro, creando altos esfuerzos de compresión. Estos esfuerzos de compresión pueden ser tan altos como 700 megapascales. Sin embargo, el interior de la gota se enfría lentamente e incluso tiene burbujas vacías que indican la presencia de estrés, incluso en ausencia de carga. Debido al enfriamiento lento, el interior de la gota experimenta una gran fuerza de tracción que se almacena a lo largo de la cola como energía.

Para que la gota se rompa, el estresor debe actuar directamente en la zona de tensión, ya que tal interacción hará que la energía acumulada se libere de forma explosiva. Esto se puede hacer aplicando cargas excesivas en la cabeza bulbosa de la gota o perturbando directamente la cola.

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Si bien la gran capa de compresión en la cabeza es lo suficientemente fuerte como para resistir las balas, las ondas de choque generadas por el impacto pueden perturbar la cola lo suficiente como para hacer que la gota se rompa. Al mismo tiempo, el simple acto de cortar la cola puede liberar todo el estrés de tracción de manera violenta, causando que toda la gota se desintegre, como se muestra en el clip de arriba.

Nota final: lectura adicional

La idea de las gotas del Príncipe Rupert no fue un descubrimiento accidental, y tiene un precedente en la naturaleza. El enfriamiento del vidrio se estudió originalmente en la lava volcánica que fluía hacia los ríos cercanos en estado fundido y formaba vidrio. Este vidrio exhibió las mismas propiedades mecánicas que se ven en las gotas de Prince Rupert.

El vidrio endurecido o templado puede soportar un alto impacto y se rompe en pedazos pequeños como las gotas de Prince Rupert.

El vidrio endurecido o templado puede soportar grandes impactos y se rompe en pedazos pequeños como las gotas del Príncipe Rupert (Crédito de la foto: Shutterstock)

Una aplicación similar de enfriamiento diferencial del vidrio templado es la botella de Bolonia. Si bien su superficie exterior es lo suficientemente fuerte como para clavar un clavo en la madera, la superficie interior es tan frágil que incluso un pequeño rasguño hace que se rompa por completo. Hoy en día, las velocidades de enfriamiento diferenciales debido al enfriamiento del vidrio también encuentran uso en el vidrio templado (comúnmente conocido como vidrio templado), que exhibe propiedades similares a las gotas de Prince Rupert.

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