Gota do Príncipe Rupert: O Vidro que não Quebra, mas Explode


Cortando a Gota do Príncipe Rupert (100 000 fps)
Uma experiência que anda aparecendo recorrentemente no YouTube é a "Gota do Príncipe Rupert", embora simples, há muita física e mecânica envolvida na estrutura do vidro, o que acarreta em uma enorme resistência ao impacto na parte maior da gota, o que a torna quase indestrutível, e uma super fragilidade na calda (parte final da gota), que mais parece com o formato de um girino do que com um gota realmente.
O gif ao lado demonstra exatamente isso, quando o final da gota é cortado por um alicate, a gota inteira se rompe em milhares de minúsculos pedaços de vidro.
Essas características só são possíveis devido ao método que são fabricados.

Fabricação da Gota Explosiva


Com o auxilio de um mastro, o vidro ainda liquido é recolhi e imediatamente resfriado ao mergulhar na água fria, com isso, o vidro inicia o processo de solidificação da superfície para seu interior e ganha o formato de "gota". Após o completo resfriamento cria-se uma região de intenso acumulo de tensão interna, tornando o material mais resistente ao impacto, capaz de suportar marteladas. 
Contudo, a calda da gota, a parte mais fina, o acúmulo de tensão é muito menor, pois resfria mais rapidamente que a outra parte.
Essa fragilidade é provada, no vídeo a seguir, que quando a gota recebe uma martelada, permanece intacta, mas com o movimento de serpente da calda, que se contorce rapidamente, a gota explode!


Veja o vídeo! Uma marretada na gota e nada acontece, mas um simples toque na calda pode causar um imensa explosão.


A Física das Gotas Explosivas


A explicação dessa surpreendente propriedade aparece no vídeo acima, por volta dos 3 minutos. Inicialmente Destin (o locutor do vídeo) mostra usando um polariscópio (equipamento composto por uma fonte de luz e lente polarizadora) para que seja possível visualizar a estrutura interna presente na gota.
Surpreendentemente há um enorme estresse interno, causado pela ação o coeficiente de expansão térmica, que atuou durante o resfriamento da gota de vidro.
No vídeo, é utilizado cores para explicar melhor o processo, sendo cinza a cor do vidro sólido, vermelho o vidro incandescente, azul o vidro sobe resfriamento.
Eu utilizarei, a imagem abaixo, quando o vidro ainda derretido cai, no formato de gota e mergulha na água há um processo de transferência de energia, da superfície da gota para a água.
Resfriamento da Gota do Príncipe Rupert
Consequentemente, a gota resfria da superfície para o interior, conforme demonstra a figura, pelas setas nas cores brancas, e a coloração vinho próximo a periferia da figura.
Desta forma, a superfície contrai, devido a redução da temperatura, durante o resfriamento, enquanto, o interior do vidro, permanece quente e impede que todo o vidro sofra a mesma contração.
Com isso, o interior da gota empurra a superfície para fora, mesmo após a solidificação completa do vidro, enquanto a superfície empurra no sentido contrario, gerando um estresse compressivo no exterior e um estresse tensivo no interior.
Assim, o resultado final é um vidro que não se quebra, extremamente resistente, com uma enorme tensão interna que resulta em altíssima dureza. Mas ao romper essa enorme corrente de tensão(mais fácil quebrando a calda), o vidro não se quebra, ele explode intensamente devido a liberação da energia mecânica de tensão armazenada. 


Referencias
http://www.tecmundo.com.br/curiosidade/84175-veja-pedaco-vidro-explodindo-130-mil-frames-segundo.htm
https://hypescience.com/gotas-de-vidro-explosivas/
http://tvuol.uol.com.br/video/gota-do-principe-rupert-vidro-que-nao-quebra-explode-04024D18346AD8B95326