Resuelven el misterio de los cristales que no se rompen ni a martillazos

Se llaman gotas del Príncipe Rupert, pero bien podrían llamarse renacuajos de cristal. Estas estructuras de cristan llevan décadas fascinando a los físicos por sus inusuales propiedades: puedes golpear la cabeza de la gota con un martillo y apenas hacerle un rasguño, pero si rompes su fina cola, todo el cristal estalla en pedazos quedando reducido a polvo.

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Hace mucho tiempo que los científicos determinaron que esa asombrosa resistencia se debía de alguna forma a la tensión del cristal al fabricar una de estas gotas, algo que se hace dejando caer un pegote de cristal fundido en agua. Esto hace que el cristal se enfríe rápidamente por fuera mientras sigue estando caliente en el interior.

Hace veinte años, una pareja de investigadores grabaron a cámara lenta la desintegración de una de estas gotas, captando cómo, cuando la cola se rompe, las grietas se propagan por toda la estructura a más de 1.700 metros por segundo.

Tensión y presión

Esos mismos investigadores se han asociado ahora con otros para estudiar las tensiones en el interior de la gota. Utilizando una técnica llamada fotoelasticidad integrada, han sumergido las gotas en líquido y la han atravesado con luz polarizada. Las zonas comprimidas propagan la luz de una forma diferente, y al procesar esa luz con técnicas similares a las que se usan en los TACs médicos, los investigadores pudieron hacer un mapa de la tensión en las diferentes capas de cristal dentro de la gota.

Con esas observaciones, concluyeron que la extraordinaria resistencia de la cabeza de la gota no proviene de la tensión o tracción, como se creía hasta ahora, sino de la presión. El equipo pudo medir la presión del interior de la gota y determinaron que era el equivalente a 4.000 veces la presión atmosférica, haciendo al cristal tan resistente como algunos tipos de acero.

La tensión, que existe tanto en la cola como en la cabeza de la gota, tiende a propagar las grietas, pero la presión interior de la gota las compensa. Así, la capa exterior actúa como escudo de los golpes de martillo, pero una pequeña grieta en la cola se extiende por todo el cristal y en ese caso la presión ralentiza en estallido, pero ya no puede evitarlo.