Batavische Tränchen (oder Fürst-Rupertsche Tropfen) – das ist ein erstaunliches Glas-Phänomen, das anschaulich die Kraft und die Verwundbarkeit innerer Spannungen in Materialien zeigt.
Sie entstehen, wenn man einen Tropfen geschmolzenen Glases in kaltes Wasser träufelt.
Das Glas kühlt außen augenblicklich ab und bildet eine feste Kruste, während der heiße Kern langsamer abkühlt und sich zusammenzieht, wodurch die äußere Hülle nach innen gezogen wird.
Dadurch entsteht in der Perle eine kolossale mechanische Spannung.
Der Name dieses Phänomens ist ein klassisches Beispiel dafür, wie in die Geschichte der Name eines Menschen eingegangen ist, der den Gegenstand nicht erfunden hat, aber ihn zur rechten Zeit den richtigen Leuten gezeigt hat.
Hier sind zwei Haupt- und völlig entgegengesetzte Eigenschaften dieser Perle:
Unglaubliche Festigkeit des „Kopfes“:
An dem dicken, abgerundeten Teil kann man mit dem Hammer schlagen, mit einer Pistole darauf schießen oder versuchen, sie mit einer hydraulischen Presse zu zerdrücken — sie bleibt ganz. Die äußeren Schichten sind so stark zusammengedrückt, dass sie praktisch nicht zerstört werden können.
Absolute Sprödigkeit des „Schwanzes“:
Die Perle hat einen langen, dünnen, gewundenen Zipfel. Wenn man ihn leicht abbicht oder sogar nur zerkratzt, gerät das Kräftegleichgewicht augenblicklich aus der Bahn. Eine enorme innere Spannung wird freigesetzt, und die gesamte Perle explodiert in einem Bruchteil einer Sekunde und verwandelt sich in feinen Glassstaub. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieses Risses beträgt mehr als 1,5 km/s (etwa 5400 km/h).
Dies ist eines der eindrucksvollsten physikalischen Beispiele dafür, wie die Härtung und die innere Verteilung der Kräfte die Eigenschaften eines für uns so vertraut spröden Materials verändern können.
Wie ist es ihnen gelungen, sie „zu erfinden“?
Alles begann in den Glaswerken Nordeuropas (vor allem in Mecklenburg und den Niederlanden) Anfang des 17. Jahrhunderts.
Das Glasblasen erfordert extreme Hitze. Neben jedem Schmelzofen standen beim Glasbläser immer Eimer oder Kübel mit kaltem Wasser — sie brauchte man, um die Werkzeuge (Rohre, Zangen) abzukühlen und um zufällige Entzündungen rasch zu löschen.
Wenn der Meister die Arbeit beendete oder das Blasrohr reinigte, tropften überschüssige, flüssige Glasschmelze nach unten. Von Zeit zu Zeit fielen diese glühend heißen Tropfen direkt in Eimer mit Wasser. Die Glasbläser bemerkten, dass die im Wasser erstarrten „Kaulquappen“ sich seltsam verhielten: Sie zersprangen nicht bei einem Schlag, sondern explodierten sofort, wenn man die Spitze abbrach.
In Europa waren diese Glas-Spielzeuge im 17. Jahrhundert bereits bekannt. Man stellte sie in Norddeutschland (etwa ab 1625) und in den Niederlanden her, und verkaufte sie als witzige Souvenirs. Deshalb wurden sie damals oft „Batavias“ (Batavia — der historische Name der Niederlande) oder „preußische Tränen“ genannt.
Warum gerade Prinz Rupert?
Der Name von Rupert von der Pfalz (Prinz Rupert von Rhein) blieb an den Perlen nach folgender Ereigniskette hängen:
Im Jahr 1660 brachte Rupert mehrere solcher Glasperlen aus dem europäischen Kontinent nach England und machte sie dem König Karl II. als besonderes Originalgeschenk.
Der König, der von der verborgenen Kraft und der Zerbrechlichkeit des Souvenirs fasziniert war, übergab fünf Perlen an die soeben gegründete Londoner Royal Society (die wichtigste wissenschaftliche Organisation Englands zu jener Zeit) mit der Bitte, herauszufinden, wie das funktioniert.
Wo wird das heute angewendet?
Die Erforschung der Ru-pertschen Perlen ist nicht nur eine Befriedigung der Neugier, sondern ein wichtiger Teil der angewandten Wissenschaft:
Gehärtetes Glas: Der Grundsatz der Ru-pertschen Perle (schnelles Abkühlen mit Luft oder chemisches Härten) bildete die Grundlage für die Herstellung ultrarobuster Gläser für die Bildschirme moderner Smartphones (z. B. Gorilla Glass) sowie für Frontscheiben von Autos. Sie sind genauso widerstandsfähig gegen Stöße in der Fläche, können jedoch durch punktuelle Beschädigung so stark in Richtung Kante/Flanke „zerschellen“, dass sie sich zerstreuen.
Vulkanologie: In jüngsten Untersuchungen nutzten Wissenschaftler der Universität Bristol die Fragmentation (explosionsartige Zersetzung) der Ru-pertschen Perlen, um Prozesse in den Schlünden von Vulkanen zu simulieren. Das hilft zu verstehen, wie die geothermische Spannung dazu führt, dass Magma sich beim Kontakt mit Wasser augenblicklich in Vulkanasche verwandelt.