這種將子彈擊碎的玻璃球被稱為“魯伯特之淚”,它有著水滴一樣的頭部,以及一條細(xì)長(zhǎng)的尾巴。
雖然它的頭部難以被擊碎,但奇怪地方是,只要輕彈它的尾部,整個(gè)玻璃球就會(huì)瞬間爆裂。
其實(shí),制作一顆魯伯特之淚非常容易,只要將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,它獨(dú)特的物理性質(zhì)一直困擾科學(xué)家400來年,過去人們無法解釋,為什么玻璃球的頭部這么硬,而尾巴的斷裂會(huì)導(dǎo)致整個(gè)玻璃爆裂?
歷史上許多著名的科學(xué)家都研究過它——包括羅伯特·胡克(胡克定律的那個(gè)),但都無法完全解釋其中的原理。
直到1994年,研究人員使用高速分幅攝影觀察了魯伯特之淚破裂的全過程,發(fā)現(xiàn)整個(gè)玻璃球表面,包括尾部和頭部都承受著極高的壓應(yīng)力,同時(shí)與內(nèi)部拉應(yīng)力處于平衡狀態(tài)。
要想擊碎這種玻璃球,必須克服這個(gè)應(yīng)力,頭部足夠厚,所以難以被克服,但尾部很薄,而玻璃非常容易折斷。
一旦玻璃球被破壞,它整個(gè)應(yīng)力平衡也會(huì)被破壞,這會(huì)導(dǎo)致極高的應(yīng)力在瞬間釋放,因此尾部的斷裂會(huì)出現(xiàn)瞬間破裂。
其實(shí)魯伯特之淚形成的原因很簡(jiǎn)單,因?yàn)?strong>熔融的玻璃滴入水中時(shí),它外部會(huì)先冷卻成形,而內(nèi)部冷卻較慢,隨著內(nèi)部冷卻,它會(huì)收縮,表面的壓應(yīng)力就是這么來的。
至于這個(gè)應(yīng)力到底有多大,2017年一項(xiàng)研究指出,它的壓強(qiáng)可以達(dá)到700兆帕,這個(gè)強(qiáng)度差不多可以抵抗20噸的壓力。
魯伯特之淚在過去通常是用于娛樂消遣的,但是現(xiàn)在它有一個(gè)非常廣泛的應(yīng)用,就是鋼化玻璃。
其實(shí),鋼化玻璃就是通過這種溫度差在玻璃內(nèi)部留下應(yīng)力來產(chǎn)生的。
你可能還想知道,除了玻璃外,有沒有其它的材料可以做到這一點(diǎn),比如能不能用金屬來制作魯伯特之淚。
我剛剛查到,確實(shí)有一些金屬也可以通過熱處理來讓其內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力,比如不銹鋼就比較容易出現(xiàn)類似情況,因?yàn)樗兄邿崤蛎浵禂?shù)和低熱導(dǎo)率。
↑↑↑用金屬制作魯伯特之淚時(shí)形成的各種形狀
但是,無論什么金屬都很難形成魯伯特之淚那種形狀,以達(dá)到極大增強(qiáng)硬度和抗沖擊能力。
另外,金屬通常并不需要進(jìn)行這種工藝處理,因?yàn)樗旧砭鸵呀?jīng)足夠硬,同時(shí)金屬也比玻璃難以熱處理。
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