Bologneser Träne
Bologneser Tränen (auch Bologneser Glastränen oder Batavische Tropfen oder Prinz-Rupert-Tropfen) sind kleine Glastropfen mit einem Kopf, der sich zu einem Schwanz verjüngt. Sie stehen durch die Art ihrer Herstellung derart unter Eigenspannung, dass der Kopf der Träne stark mechanisch belastbar ist und Hammerschläge aushält, der komplette Tropfen aber beim Abbrechen seines Schwanzes zu Glasstaub zerspringt.<ref name="scinexx" />
Sie sind nicht zu verwechseln mit den natürlich entstehenden und gewöhnlich nicht unter Spannung stehenden Pele-Tränen.
Geschichte
Zu den Ursprüngen der Bologneser Tränen finden sich unterschiedliche Angaben.<ref name="beckmann" /><ref name="shz" /><ref name="brodsley" /> Bereits im Antiken Rom unter Kaiser Tiberius könnten unter Glasbläsern die Tränen bekannt gewesen sein.<ref name="brodsley "/>
Im Mittelalter wurde Glas erhitzt, lang ausgezogen und anschließend schnell abgekühlt, sodass es in sehr feinen Glasstaub zersprang. Manche Ärzte und Apotheker gaben ihren Patienten Wasser vermischt mit diesem Glasstaub unter dem Namen Glaswasser als Medizin, was jedoch keinerlei medizinische Wirkung hatte.<ref name="shz" />
1625 wurde das Phänomen, dass Glas plötzlich „in tausend winzige Stücke zerspringt“, erstmals genauer betrachtet und 1642 wurden die Batavischen Tropfen zusammen mit der Bologneser Glasflasche in Bologna neu erfunden.<ref name="beckmann" />
Dass sich diese Glastränen ungewöhnlich verhalten, entdeckte im frühen 17. Jahrhundert auch Prinz Ruprecht von der Pfalz. Er brachte dem englischen König Karl II. fünf dieser Tropfen mit und sorgte damit bei Hofe für beträchtliches Aufsehen. Nach ihm werden die Tränen im Englischen Prinz-Rupert-Tropfen genannt.<ref name="scinexx"/>
Herstellung
Zur Herstellung von Bologneser Tränen wird aus etwa 20 Zentimetern Höhe heißes, flüssiges Glas in einen Behälter mit Wasser oder Öl getropft. Das sehr schnell erstarrennde Glas bildet so die charakteristischen tränenförmigen Glastropfen mit langgezogenem Schwanz.<ref name="scinexx" /><ref name="spektrum" />
Thermomechanische Begründung
Das dicke Ende einer Bologneser Glasträne kann mit beachtlichem Druck belastet werden. Die Druckfestigkeit an seiner Oberfläche beträgt bis zu 700 Megapascal, also rund dem 7000-Fachen des Atmosphärendrucks.<ref name="spektrum"></ref> Sobald man aber das dünne Ende auch nur etwas beschädigt, bringt die starke innere Spannung die Träne zum Zerspringen. Die Zerfallsfront breitet sich dabei in hoher Geschwindigkeit durch das Glas aus. Unterschiedliche Quellen berichten von etwa 1600 Metern pro Sekunde (5760 Kilometern pro Stunde)<ref>YouTube-Video mit Herstellung, Hochgeschwindigkeitsaufnahmen, Berechnungen, Erklärungen (englisch)</ref> oder 1,9 Kilometern pro Sekunde,<ref name="scinexx" /> was über der Abbrandgeschwindigkeit von Schwarzpulver liegt.
Die starken Spannungen innerhalb der Träne resultieren aus der schnellen Abkühlung bei der Herstellung, da der Tropfen von außen nach innen erhärtet.<ref name="spektrum" /> Die durch die inhomogene Abkühlung induzierten thermischen Spannungen können weiter innen oberhalb der Vitrifikation noch relaxieren, wohingegen nach der Vitrifikation keine Relaxierung mehr möglich ist.<ref name="Narayanaswamy1969" /> Die daraus resultierende extrem harte Schale ist sehr dünn und macht zehn Prozent des Kopfdurchmessers aus.<ref name="spektrum" /> Dieses inhomogene Verhalten führt zu Zugeigenspannungen im Inneren und Druckeigenspannungen außen.<ref name="Narayanaswamy1969" />
Literatur
- H. Aben. J. Anton, M. Õis, K. Viswanathan, S. Chandrasekar, M. M. Chaudhri: On the extraordinary strength of Prince Rupert's drops. In: Applied Physics Letters. Band 109, Nr. 23, 2016 (doi:10.1063/1.4971339).
- Laurel Brodsley, Frederick Charles Frank, John Wickham Steeds: Prince Rupert’s drops. In: Notes and Records of the Royal Society. Band 41, 1986, S. 1–26 (doi:10.1098/rsnr.1986.0001).
Weblinks
Einzelnachweise
<references> <ref name="brodsley"></ref> <ref name="Narayanaswamy1969">O.S. Narayanaswamy, Robert Gardon: Calculation of residual stresses in glass. In: Journal of the American Ceramic Society. Band 52, Nr. 10. Wiley Online Library, 1969, S. 554–558, doi:10.1111/j.1151-2916.1969.tb09163.x.</ref> <ref name="scinexx"> Geheimnis der Bologneser Tränen gelüftet – Ungewöhnliches Verhalten der Glastropfen gab 400 Jahre lang Rätsel auf. In: Scinexx. Das Wissensmagazin. 31. Juli 2017, abgerufen am 11. Januar 2026. </ref> <ref name="spektrum"> Das Geheimnis der Bologneser Tränen. In: Spektrum der Wissenschaft. 21. Juni 2017, abgerufen am 11. Januar 2026. </ref> <ref name="shz"> Christin Lempfert: Forscher lösen das Rätsel der Bologneser Tränen. In: Website des SHZ. 10. Mai 2017, abgerufen am 11. Januar 2026. </ref> <ref name="beckmann">Johann Beckmann: A History of Inventions, Discoveries, and Origins. 4. Auflage. Band II. London 1846, Prince Rupert's Drops – Lacrymae Vitreae, S. 241–245 (archive.org [abgerufen am 11. Januar 2026]).</ref> </references>