Un mystère de la physique de 400 ans expliqué

Le mystère de la goutte de verre qui peut supporter des coups de marteaux mais qui brise dans une explosion violant quand la queue est coupée, a finalement été résolu.

Ces gouttes sont connues sur le nom larmes de Prince Rupert. Il existe beaucoup de démonstrations de cette caractéristique particulière mais le phénomène physique a été et inconnu depuis 400 ans.

Les larmes de Prince Rupert ont d'abord eu sa renommée en 1660, lorsque Prince Rupert du Rhin, (l'Allemagne), a apporté quelques-unes de ces curiosités au roi Charles II d'Angleterre. Ensuit Charles les a remis à la Royal Society, qui a publié la première étude scientifique de leurs caractéristiques en 1661.

Au fil des siècles, les scientifiques ont essayé à trouver une explication. En 1994, le physicien Subrahmanyan Chandrasekhar et un collègue utilisaient une caméra à très haute vitesse, 1 million d’images par seconde, pour capturer le scenario alors des larmes de Prince Rupert brisaient en coupant leurs queues.

Ces images révélaient que des petites fissures qui rapidement se répandent vers la tête se forment dans la queue. Une fois qu’un fissures a atteignent une vitesse suffisamment élevée, (environ 1,5 km/s ou 5 400 km/h), elle se divise en deux. En continuellement se multipliant en deux une réaction de chaine suive. 

Cette découverte explique pourquoi une rupture de la queue détruit la structure si facilement. Cependant, elle n’explique pas la combinaison paradoxale de force et fragilité de ces gouttes de verre.

Dans la nouvelle étude, Chandrasekar a utilisé une autre technique. Elle consistait à placer les larmes dans un bassin d'eau, puis faire passer de la lumière polarisée. La tension interne dans la tête de la goutte modifie l’angle de la polarisation et à travers divers filtres il est possible de la mesurer.

Il s'est avéré que les têtes des larmes de Prince Rupert sont sous une pression extraordinaire haute, atour de 8 000 atmosphères, qui est sur le niveau maximal de tension permit dans des boulons d’acier de très haut qualité.

Parce que le verre s’étende beaucoup avec la température, il se rétrécit aussi lorsque émergé dans l’eau. Ce processus affect premièrement la surface qui met l’intérieure encore mou sous une très haut pression. La couche extérieure forme alors une sorte de « veste », qui comprime les atomes à l’intérieure de la façon qu’ils ont des difficultés de se déplacer pour former des fissures.

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