Solucionado el enigma de las ¡®l¨¢grimas holandesas¡¯, 400 a?os despu¨¦s

En el siglo XVII, el pr¨ªncipe Rupert de Alemania regal¨® unas curiosas gotas de cristal al rey Carlos II de Inglaterra, que qued¨® intrigado por sus caracter¨ªsticas inusuales: la cabeza de la gota es tan resistente que puede soportar el impacto de un martillo, pero su cola es tan fr¨¢gil que doblarla con los dedos hace que toda la estructura se desintegre instant¨¢neamente en un polvo fino. Esas gotas ¡ªtambi¨¦n llamadas l¨¢grimas holandesas o esferas de Rupert¡ª se hacen dejando caer manchas rojas de vidrio fundido en agua.

Los cient¨ªficos han intentado, durante cuatro siglos, entender las propiedades de esas estructuras, pero solo ahora la tecnolog¨ªa ha permitido arrojar luz, literalmente, sobre el problema.?Srinivasan Chandrasekar, de la Universidad de Purdue (Indiana, EE UU) y?Munawar Chaudhri, de la Universidad de Cambridge, utilizaron un polariscopio de transmisi¨®n ¡ªun tipo de microscopio que mide la doble refracci¨®n en un objeto transparente axisim¨¦trico, como las l¨¢grimas holandesas¡ª para medir la tensi¨®n en el interior de las gotas. En el experimento, los?investigadores suspendieron la esfera en un l¨ªquido claro y la iluminaron con un LED rojo. Usando el polariscopio, midieron el retardo ¨®ptico de la luz a medida que viajaban a trav¨¦s de la estructura de vidrio, y luego utilizaron los datos para analizar la distribuci¨®n de las tensiones a lo largo de toda la gota.

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Los resultados, publicados en la revista Applied Physics Letters, mostraron que las cabezas de las gotas tienen una tensi¨®n de compresi¨®n de superficie mucho m¨¢s alta de lo que se pensaba: 700 megapascales, casi 7.000 veces la presi¨®n atmosf¨¦rica.?Esa capa de compresi¨®n superficial es tambi¨¦n delgada, aproximadamente el 10% del di¨¢metro de la cabeza del objeto.?Esos valores dan a las cabezas de las gotas una resistencia muy alta, seg¨²n explican los cient¨ªficos. Para romper una, es necesario crear una grieta que entre en la zona de tensi¨®n interior de la esfera. Dado que las grietas en la superficie tienden a crecer paralelas a esa superficie, no pueden entrar en dicha zona. La manera m¨¢s f¨¢cil de romper una de esas estructuras es, entonces, presionar en la cola, generando una perturbaci¨®n que permite que las grietas lleguen a la zona de tensi¨®n.

Chandrasekar y Chaudhri empezaron a investigar el misterio de las esferas de Rupert en los a?os 90. En 1994, los cient¨ªficos publicaron su primer estudio sobre el tema, en la Philosophical Magazine B, en el que?utilizaron la fotograf¨ªa de encuadre de alta velocidad para observar el proceso de ruptura de una gota. "Utilizamos la mejor tecnolog¨ªa disponible en aquella ¨¦poca y llegamos a?fotografiar en una velocidad de hasta un mill¨®n de frames por segundo", cuenta Chaudhri en un correo electr¨®nico.?

Los cient¨ªficos concluyeron, a partir de ese primer experimento, que la superficie de cada gota sufre tensiones altamente compresivas, mientras que el interior experimenta fuerzas de alta tensi¨®n. El objeto est¨¢, por lo tanto, en un estado de equilibrio inestable, que puede ser f¨¢cilmente perturbado al romperse la cola. Para alcanzar los resultados presentados en su ¨²ltimo estudio,?Chandrasekar y Chaudhri empezaron a colaborar con?Hillar Aben, profesor de la Universidad Tecnol¨®gica de Tallin, en Estonia, especialista en determinar las tensiones residuales en objetos tridimensionales transparentes. Los investigadores creen que ese trabajo explica la gran fuerza de las esferas de Rupert. "No creo que haya mucho que pueda ser desafiado respecto a la fotograf¨ªa de alta velocidad, y con el polariscopio hemos determinado la distribuci¨®n residual del estr¨¦s a lo largo de varias gotas. Nuevamente los n¨²meros obtenidos son bastante s¨®lidos", sostiene?Chaudhri.?