Ngày xửa ngày xưa, ở Đức có một vị hoàng tử tên là Rupert. Khoảng năm 1660, ông mang những giọt chất lỏng dường như có phép thuật này đến Anh và tặng chúng cho Vua Charles II, người đã giao chúng cho Hội Hoàng gia Anh mới thành lập (và ngày nay rất được kính trọng) để nghiên cứu.
Các thành viên của Hội Hoàng gia, đặc biệt là Robert Hooke, đã đạt được một số tiến bộ trong việc làm sáng tỏ bí ẩn dựa trên kiến thức khoa học và phương pháp thí nghiệm hiện có vào thời đó. Nhưng phải đến năm 2016, các chuyên gia Munawar Chaudhri của Đại học Cambridge, Hillar Aben của Đại học Công nghệ Tallinn ở Estonia và Koushik Viswanathan, hiện đang làm việc tại Viện Khoa học Ấn Độ ở Bangalore (Ấn Độ) mới hoàn toàn ghép nối được các mảnh ghép lại với nhau.
Những giọt thủy tinh được gọi là nước mắt Hoàng tử Rupert là những cấu trúc thủy tinh nhỏ trông giống như nòng nọc. Điều bí ẩn không nằm ở cách chúng được tạo ra - đó chỉ đơng ỉan là việc nhúng những giọt thủy tinh nóng chảy vào nước lạnh, làm cho nước nguội nhanh chóng trong một quá trình gọi là tôi luyện - mà nằm ở sự kết hợp mâu thuẫn giữa độ bền bất thường và sự thiếu bền (dễ vỡ) của chúng.
Điều này có nghĩa là gì? Bạn có thể dùng búa đập liên tục vào đầu con "nòng nọc", nhưng nó sẽ không vỡ. Nhưng khi bạn dùng lực nhẹ từ ngón tay ấn vào đuôi, toàn bộ cấu trúc sẽ vỡ vụn ngay lập tức, tạo ra tiếng nổ lách tách, thành bột mịn.
Đập búa phần đầu cũng không vỡ, nhưng bóp nhẹ đuôi là giọt thuỷ tinh tan tành
Năm 1994, nhà khoa học Munawar Chaudhri và cộng sự đã sử dụng kỹ thuật chụp ảnh tốc độ cao để quan sát sự tan rã của giọt nước. Chụp ảnh với tốc độ khoảng 1 triệu khung hình mỗi giây, nhóm nhận thấy rằng bất kỳ vết nứt nào bắt đầu ở phần đuôi đều lao về phía đầu với tốc độ hơn 3.000 dặm/giờ (4.828km/h), đồng thời liên tục phân nhánh, từ đó giải thích sự tan rã bùng nổ.
Năm 2016, nhóm đã giải mã được bí ẩn về khả năng chống vỡ của phần đầu. Hóa ra loại kính cường lực này có khả năng chống vỡ cao do ứng suất nén bên trong - khoảng 50 tấn trên mỗi inch vuông - khiến nó mạnh mẽ như nhiều loại thép.
Những khám phá này chỉ có thể được thực hiện nhờ các công nghệ mới và phương pháp thí nghiệm mà Hội Hoàng gia Anh cuối thế kỷ 17 chưa từng biết đến. Các nhà khoa học đã xác định được rằng bề mặt của giọt kim loại nóng chảy, khi đông đặc, nguội nhanh hơn phần bên trong. Điều này tạo ra trạng thái cân bằng không ổn định - sự kết hợp giữa ứng suất nén trên bề mặt và ứng suất kéo (bù trừ) ở bên trong. Chính những ứng suất kéo này thường gây ra hiện tượng nứt vỡ vật liệu - trong trường hợp này, bắt đầu bằng việc gãy đuôi. Một vết nứt duy nhất khởi phát và tăng tốc là đủ để gây ra hiện tượng này.
Những phát hiện mới dựa trên một kỹ thuật gọi là quang đàn hồi tích hợp, nhờ công trình tiên phong của Giáo sư Aben. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kính phân cực truyền dẫn - một thiết bị đo quang học đo ứng suất - để lập bản đồ ánh sáng khi nó truyền qua giọt thủy tinh và xác định sự phân bố ứng suất phức tạp. Sau đó, nhóm đã sử dụng phân tích toán học để tái tạo dữ liệu và hiểu các mô hình ứng suất.
Nguồn: Purdue
