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

A ciência é uma coisa apaixonante. 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 que eu recentemente descobri e me deixou de boca aberta 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:

Notou que o vidro vem "quebrando" desde lá de cima onde sofreu a tensão causada pelo alicate, foi descendo, e quando chegou ao final do percurso, quando não tinha mais onde aliviar a força, explodiu transformando tudo em 1 milhão de pedacinhos? Incrivelmente f*$%

Agora vamos entender como isso acontece.

Origem

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

Disse acima que 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.

Precisa de um exemplo para ficar mais claro? Então veja abaixo um exemplar visto através de um polariscópio, uma máquina que usa um conjunto de lentes polarizadas para exibir os níveis de tensão nos materiais.

Agora imagina que temos um pouco de vidro em estado líquido, onde tudo ali seria vermelho, afinal está fundido. Ao cair na água gelada as moléculas da ponta ficam azul durante o resfriamento e, milésimos de segundo depois, ficam cinza ao tornarem-se sólidas. Lembra que dissemos há alguns parágrafos que o processo ocorria de fora para dentro? Pois bem, assim a solidificação vai se replicando à medida em que a Gota é mergulhada.

O "problema" (que vai gerar a linda explosão do GIF que vimos) 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.

E se você clicou no link anterior e não acreditou na tonelagem informada pela máquina, dê o play abaixo e veja a Gota destruindo uma bala calibre 38 a uma taxa de mais de 170 mil frames por segundo...

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. Agora pelo menos você a conhece e vai enviar esse post para todos os seus amigos. Tudo pela glória da Gota do Príncipe Rupert.

Fonte: Smarter Every Day