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有一個(ge) 很好玩的小東(dong) 西,它叫做“魯伯特之淚”。
本質上它就是一個(ge) 水滴形狀的玻璃製品,但它的獨特之處在於(yu) ,這個(ge) 玻璃水滴的頭部極其堅硬,刀砍、斧剁、錘子砸都不能傷(shang) 其分毫,就算是用手槍打,結果也是子彈粉碎,而魯伯特之淚卻毫發無損。一個(ge) 玻璃製品能有如此硬度,的確令人驚訝,但如果隻是這樣,還算不上有趣,相比頭部的堅硬,魯伯特之淚的尾部卻異常脆弱,隻需要用力一捏就會(hui) 碎成粉末,而且碎成粉末的不僅(jin) 是尾部,而是整個(ge) 魯伯特之淚。這麽(me) 有趣的東(dong) 西是怎麽(me) 製造出來的?其實這並不是什麽(me) 高科技產(chan) 品,它的誕生可以一直追溯到17世紀。
魯伯特之淚之所以名為(wei) 魯伯特之淚,是因為(wei) 它是查理一世的侄子魯伯特率先製造出來的,而製造的方法也非常簡單。
魯伯特將玻璃燒至融化,然後讓融化的玻璃自然滴落於(yu) 冰冷的水中,於(yu) 是一個(ge) 水滴狀的玻璃製品就製造完成了,它就是魯伯特之淚。如此簡單的製造工藝為(wei) 何能夠製造出如此有趣的物品,其中蘊含著怎樣的物理學原理呢?這裏涉及到的一個(ge) 主要的物理學概念就是“應力”。所謂應力,就是指當物體(ti) 受到外力作用時,物體(ti) 內(nei) 部各部分之間會(hui) 產(chan) 生相互作用力,以抵抗外力的作用,根據受力的不同,又可以分為(wei) 壓應力與(yu) 拉應力,顧名思義(yi) ,壓應力就是抵抗物體(ti) 有壓縮趨勢的應力,而拉應力就是物體(ti) 對使物體(ti) 有拉伸趨勢的外力的反作用於(yu) 力。
如果不太清楚,我們(men) 可以舉(ju) 一個(ge) 實際的例子。
我們(men) 用一條硬紙板搭在兩(liang) 張桌子之間做成一個(ge) 簡易的小橋,然後把手機放上去,橋瞬間就塌了。當如果我們(men) 把這條硬紙板彎成拱形,再把手機放上去,它就可以支撐得住了,這就是形變使硬紙板具備了較強的壓應力,所以可以頂得住上方增加的重量了。弄懂了壓應力,我們(men) 再來看魯伯特之淚。當燒熱的玻璃融化後滴落於(yu) 冰冷的水中,會(hui) 瞬間遇冷凝固,但凝固是有先後順序的。玻璃的最外一層會(hui) 率先凝固,而此時內(nei) 部還沒有完全冷卻,這就產(chan) 生了一個(ge) 差異,那就是外部瞬間冷卻凝固,而內(nei) 部是緩慢冷卻凝固。
因為(wei) 熱脹冷縮的關(guan) 係,玻璃內(nei) 部在冷卻的過程中會(hui) 向內(nei) 拉扯已經凝固的外層,而且越來越緊,於(yu) 是就在玻璃的外層形成了較強的壓應力。由於(yu) 內(nei) 部不斷收縮,於(yu) 是又會(hui) 在玻璃的內(nei) 層形成較強的拉應力。
有物理學家認為(wei) 魯伯特之淚的壓應力可以達到7000倍的大氣壓,如此大的壓應力,不要說手槍了,就是冒藍火的加特林,恐怕也打不破。那麽(me) 魯伯特之淚的尾部為(wei) 何又如此脆弱呢?原因很簡單,因為(wei) 尾部的麵積太小了。即便有著較強的壓應力,但過小的麵積使得它隻需稍加受力就會(hui) 碎裂,而且尾部一旦碎裂,整個(ge) 魯伯特之淚內(nei) 部的壓應力與(yu) 拉應力的平衡就會(hui) 被打破,於(yu) 是整個(ge) 魯伯特之淚就都碎掉了。
第一次接觸魯伯特之淚的人,通常都會(hui) 感覺這個(ge) 小東(dong) 西很神奇,但其實它並沒有什麽(me) 神奇的,因為(wei) 在我們(men) 的身邊,這個(ge) 東(dong) 西到處都是,而我們(men) 會(hui) 用另一個(ge) 名字稱呼它,那就是“鋼化玻璃”。
沒錯,鋼化玻璃就是根據魯伯特之淚的原理所製造的,它也是通過將玻璃由外而內(nei) 逐步冷卻,使之內(nei) 部產(chan) 生較強的壓應力,來增加強度。不過由於(yu) 鋼化玻璃的形狀限製,它的強度並不能與(yu) 水滴狀的魯伯特之淚相比,所以鋼化玻璃是防不住子彈的。雖說防不住子彈,但若想使用普通的工具將鋼化玻璃擊碎,也是不可能做到的。
有沒有什麽(me) 辦法可以輕易破壞鋼化玻璃呢?當然有,就與(yu) 破壞魯伯特之淚的方法一樣。
魯伯特之淚最脆弱的地方就是尾部,而鋼化玻璃最脆弱的地方就是邊角,隻需要一粒小石子,放在鋼化玻璃的邊角上用力一敲,整塊玻璃就全碎了。現在你明白為(wei) 什麽(me) 被困車內(nei) ,要對著車窗的邊角進行敲擊了吧,因為(wei) 汽車的車窗就是鋼化玻璃,隻需要一根小細棍插到車窗的邊角處輕輕一撬,整個(ge) 車窗就都碎裂了。有的時候,一些由鋼化玻璃所打造的玻璃門或玻璃窗,隻是輕輕一推就自爆了,這又是怎麽(me) 回事呢?大多數情況都是有沙石等雜質卡在了脆弱的邊角處,此時再施加一個(ge) 外力,它就碎了,如同自爆一般。
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