Las gotas del Príncipe Rupert son un ejemplo de un componente de vidrio de sílice templado: su superficie se ha enfriado más rápidamente que su interior. El templado de los vidrios es importante porque le da resistencia al vidrio, es decir, la capacidad de resistir fracturas bajo carga, lo que explica por qué una gota puede golpearse con un martillo y sobrevivir. El vidrio de sílice, como es común con otros materiales cerámicos, exhibe una propagación de grietas inestable cuando su resistencia a la fractura es superada por su estado de tensión. A diferencia de la mayoría de las aleaciones, la cerámica exhibe muy poca o ninguna deformación plástica. Cuando alcanzan su límite elástico se fracturan. Entonces, si estresas demasiado fuerte un componente de vidrio de sílice, se fractura rápidamente y todo de una vez.
Un componente de vidrio puede templarse enfriando su exterior más rápidamente que su interior para que haya una distribución de tensión residual no uniforme en el componente. Específicamente, debido a que el exterior se solidifica primero, su densidad aumenta y el volumen disminuye primero, arrastrando el material hacia afuera desde el interior. Luego, a medida que el interior se solidifica con menos material restante, tira hacia adentro del exterior. El estado de tensión resultante es la tensión en el interior y la compresión en el exterior.
Las grietas solo se propagan cuando hay una tensión de tensión a través de la grieta. Si hay una tensión de compresión residual a través de la grieta, permanecerá cerrada a menos que esté bajo tensión. Debido a que el esfuerzo de compresión debe superarse antes de que se abra la grieta, se necesita un mayor esfuerzo de tracción para propagar una grieta a través de un componente de vidrio templado que un componente no templado. Si dicha grieta se propagara más allá de la superficie de tensión neutral entre el exterior y el interior del componente, la punta de la grieta estaría en tensión debido al estado de tensión residual del interior. Tal grieta comenzaría a propagarse de manera inestable a medida que se liberan todas las tensiones residuales, lo que da como resultado una explosión de fragmentos de vidrio, ya que todas ellas experimentan una recuperación elástica de la distribución de tensiones no uniforme.
De todo esto, debería ser evidente que un componente de vidrio templado "perfectamente" esférico es teóricamente posible, ya que solo se requiere que el exterior del vidrio se enfríe más rápidamente que el interior para obtener la distribución de tensión no uniforme requerida, manteniendo la forma deseada. Una combinación de gravedad y viscosidad es la causa de la cola en una caída tradicional del Príncipe Rupert. Por lo tanto, la eliminación de cada uno de esos componentes, como con una caída formada en caída libre por la relajación de la tensión superficial de la superficie libre de una gota de vidrio "flotante", puede dar como resultado una esfera de vidrio viscoso. La relajación puede llevar mucho tiempo y el vidrio debe mantenerse viscoso todo el tiempo. El siguiente paso es enfriar la esfera rápidamente sin alterar su forma, lo cual es ciertamente difícil. Rociarlo con fluidos causaría ondas en la superficie, y la inmersión requeriría moverlo infinitamente lentamente, lo que causaría el tipo incorrecto de distribución de tensión no uniforme. Exponerlo al vacío del espacio puede ser suficiente, pero no he hecho ningún cálculo de la pérdida de calor radiada.
La configuración deseada probablemente sería un horno de radiación en el vacío del espacio, con una gota de vidrio flotando en él, sin velocidad relativa. El horno derrite el vidrio, que se relaja en una esfera. El horno se apaga, la puerta se abre y el horno se aleja rápidamente de la esfera. La esfera emite radiación, enfriando la superficie más rápidamente que el interior (o eso esperamos), y el vidrio se templa, lo que resulta en una caída espacial del Príncipe Rupert.
