击碎子弹的玻璃球 却经不起手指轻弹!它曾困扰科学家400年
这种将子弹击碎的玻璃球被称为“鲁伯特之泪”,它有着水滴一样的头部,以及一条细长的尾巴。
虽然它的头部难以被击碎,但奇怪地方是,只要轻弹它的尾部,整个玻璃球就会瞬间爆裂。
其实,制作一颗鲁伯特之泪非常容易,只要将熔融的玻璃滴入水中,就可以得到它,而且成功率非常高。
但是,它独特的物理性质一直困扰科学家400来年,过去人们无法解释,为什么玻璃球的头部这么硬,而尾巴的断裂会导致整个玻璃爆裂?
历史上许多著名的科学家都研究过它——包括罗伯特·胡克(胡克定律的那个),但都无法完全解释其中的原理。
直到1994年,研究人员使用高速分幅摄影观察了鲁伯特之泪破裂的全过程,发现整个玻璃球表面,包括尾部和头部都承受着极高的压应力,同时与内部拉应力处于平衡状态。
要想击碎这种玻璃球,必须克服这个应力,头部足够厚,所以难以被克服,但尾部很薄,而玻璃非常容易折断。
一旦玻璃球被破坏,它整个应力平衡也会被破坏,这会导致极高的应力在瞬间释放,因此尾部的断裂会出现瞬间破裂。
其实鲁伯特之泪形成的原因很简单,因为熔融的玻璃滴入水中时,它外部会先冷却成形,而内部冷却较慢,随着内部冷却,它会收缩,表面的压应力就是这么来的。
至于这个应力到底有多大,2017年一项研究指出,它的压强可以达到700兆帕,这个强度差不多可以抵抗20吨的压力。
鲁伯特之泪在过去通常是用于娱乐消遣的,但是现在它有一个非常广泛的应用,就是钢化玻璃。
其实,钢化玻璃就是通过这种温度差在玻璃内部留下应力来产生的。
你可能还想知道,除了玻璃外,有没有其它的材料可以做到这一点,比如能不能用金属来制作鲁伯特之泪。
我刚刚查到,确实有一些金属也可以通过热处理来让其内部产生残余应力,比如不锈钢就比较容易出现类似情况,因为它有着高热膨胀系数和低热导率。
↑↑↑用金属制作鲁伯特之泪时形成的各种形状
但是,无论什么金属都很难形成鲁伯特之泪那种形状,以达到极大增强硬度和抗冲击能力。
另外,金属通常并不需要进行这种工艺处理,因为它本身就已经足够硬,同时金属也比玻璃难以热处理。
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