La Lágrima Imposible: El Vidrio que Resiste Martillazos, Pero Estalla al Romperle la Cola.

Soy Ken Kuwako, Entrenador de Ciencias. Cada día es un experimento.

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Hoy les presentamos un experimento misterioso y hermoso que realizamos con los estudiantes del club de ciencias: las “Lágrimas Holandesas” (o Gota del Príncipe Ruperto). Este experimento es fascinante porque utiliza un material tan común como el vidrio, pero revela propiedades que van más allá de nuestra imaginación. El momento en que el vidrio fundido cae en el agua es casi una obra de arte. Sin embargo, detrás de esa belleza, se esconde un drama de cambios de estado (sólido y líquido) y el estrés u “esfuerzo” interno oculto en el material.

¡Impacto y belleza! Descubre el misterio del vidrio con las “Lágrimas Holandesas”

Al calentar una varilla de vidrio y dejar caer una gota en agua, se forma una lágrima de vidrio. Esto se conoce como la “Lágrima Holandesa (Prince Rupert’s Drop)”. El atractivo de este experimento reside en la belleza de su proceso de formación y el fenómeno de destrucción impredecible que ocurre al final.

¿Qué son las Lágrimas Holandesas? La ciencia detrás de las propiedades del vidrio

Las Lágrimas Holandesas se crean dejando caer vidrio fundido en agua fría. En ese momento, el vidrio adquiere una estructura interna muy especial.

El mecanismo es similar al fenómeno de las “canicas calentadas” (quemadas). Cuando el vidrio fundido cae al agua, se enfría y solidifica rápidamente desde el exterior. Al pasar de líquido a sólido, el volumen del vidrio se reduce ligeramente. Dado que la superficie se endurece primero, el vidrio que aún está fundido en el interior queda fuertemente “estrangulado” o apretado por la fuerza de contracción externa.

Posteriormente, el vidrio interior se enfría y solidifica lentamente, pero como la capa exterior ya está dura, el vidrio interno queda atrapado bajo una fuerte tensión (esfuerzo de tracción), como si fuera estirado hacia afuera. Como resultado, la Lágrima Holandesa tiene una superficie fuertemente comprimida, mientras que su interior está sometido a una intensa tensión. Este equilibrio de fuerzas tan particular es el secreto de la Lágrima Holandesa.

Así se ve al observarlas con un polarizador.

Gracias a esta tensión interna, la cabeza esférica de la Lágrima Holandesa es increíblemente resistente. De hecho, ¡es difícil romperla incluso golpeándola con un martillo! Sin embargo, lo sorprendente es que si se agrieta o se rompe la parte de la “cola” de la gota (por ejemplo, con unos alicates), toda la estructura se desintegra en pedazos al instante. Esto se debe a que el pequeño daño en la punta de la cola libera la fuerte tensión interna acumulada, lo que provoca una propagación catastrófica de la fractura.

Se recomienda hacerlo dentro de una bolsa de plástico y usando gafas de seguridad. Intente romper la punta con unos alicates por encima de la bolsa de plástico. ¡Verá cómo toda la pieza se destruye de golpe!

Los sitios de referencia son:

¿Imposible de romper con un martillo? Crea un vidrio asombroso

30 de octubre de 2020 – Facultad de Tecnología Industrial de la Universidad de Tecnología de Tsukuba

¡Lo hicimos en el club de ciencias! Preparación y desarrollo del experimento

Nuestro club de ciencias también se atrevió con este fascinante experimento.

Materiales necesarios

• Varilla de vidrio: Las varillas comunes de laboratorio son suficientes.
• Soplete (o mechero de gas): Se necesita una alta temperatura para fundir el vidrio.
• Vaso de precipitados o recipiente metálico resistente al calor: Se utiliza para contener el agua fría que recibirá la gota.
• Agua fría: Se coloca en el vaso de precipitados.
• Alicates: Se utiliza para romper la cola de la Lágrima Holandesa.
• Gafas de seguridad: Úselas obligatoriamente. Existe riesgo de que salgan volando fragmentos de vidrio.
• Guantes resistentes al calor: Se usan para sostener la varilla de vidrio con seguridad.
• Mesa de trabajo: Asegúrese de que sea un lugar estable.

Procedimiento experimental

1. Preparar el agua:
   • Coloque suficiente agua fría en un vaso de precipitados o recipiente metálico resistente al calor. Ponga bastante agua.
2. Calentar la varilla de vidrio:
   • Póngase las gafas y los guantes resistentes al calor.
   • Caliente la punta de la varilla de vidrio con el soplete. Podrá observar cómo el vidrio se pone rojo y, finalmente, comienza a fundirse y ablandarse. Caliente lo suficiente hasta que el vidrio fundido se redondee en forma de gota.
   • Los estudiantes deben observar a una distancia segura, con mucha precaución para evitar quemaduras.
3. Dejar caer en el agua:
   • Cuando el vidrio esté lo suficientemente fundido y se haya formado la gota, introduzca lentamente la punta de la varilla en el agua fría para que el vidrio fundido caiga de forma natural, como una “lágrima”. Evite sacudirla.
   • El vidrio que cae en el agua se enfriará y solidificará instantáneamente, adoptando la forma de una lágrima.
4. Observar la lágrima formada:
   • Retire la Lágrima Holandesa del agua y observe su forma única y transparencia. Si se mira a través de un polarizador, se verán colores distintivos. ¿Será una señal de las fuerzas internas?
5. ¡El momento del impacto! El experimento de destrucción:
   • Utilice gafas de seguridad obligatoriamente y realice este paso en un lugar seguro.
   • Utilice los alicates para sujetar fuertemente la punta de la “cola” de la Lágrima Holandesa y rómpala.
   • Al hacerlo, se escuchará un “¡pachín!” y toda la lágrima se pulverizará en pedazos al instante. Este dramático fenómeno de destrucción seguramente provocará exclamaciones de asombro entre los estudiantes.
   • Dado el riesgo de que los fragmentos salgan disparados, preste atención a su entorno y realice el experimento en un lugar donde la dispersión de fragmentos no cause problemas, o dentro de una caja transparente para mayor seguridad.

¿Qué podemos aprender de este experimento?

El experimento de la Lágrima Holandesa no solo es visualmente entretenido, sino que también es una excelente oportunidad para aprender principios científicos clave, como:

• Cambios de estado de la materia: Observar la transformación del vidrio de sólido a líquido, y de nuevo a sólido.
• Expansión y contracción térmica: Explicar cómo la contracción del volumen al enfriarse crea la estructura de tensión interna especial de la Lágrima Holandesa.
• Tensión interna y fractura: Comprender visualmente el mecanismo por el cual la tensión acumulada en el interior del vidrio se libera de golpe por una fuerza externa, provocando una destrucción dramática. Esto conecta con conceptos básicos de la ciencia de los materiales.
• Relación entre las propiedades y la estructura de un material: Demostrar que el mismo material (vidrio) puede exhibir propiedades físicas completamente diferentes (resistencia extrema o fragilidad) dependiendo de cómo se procese.

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