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子弹都打不破 鲁伯特之泪为何如此神奇?
2022-03-23 22:38:01  出处:科普中国   编辑:宪瑞     评论(0)点击可以复制本篇文章的标题和链接

有一个很好玩的小东西,它叫做“鲁伯特之泪”。

本质上它就是一个水滴形状的玻璃制品,但它的独特之处在于,这个玻璃水滴的头部极其坚硬,刀砍、斧剁、锤子砸都不能伤其分毫,就算是用手枪打,结果也是子弹粉碎,而鲁伯特之泪却毫发无损。

一个玻璃制品能有如此硬度,的确令人惊讶,但如果只是这样,还算不上有趣,相比头部的坚硬,鲁伯特之泪的尾部却异常脆弱,只需要用力一捏就会碎成粉末,而且碎成粉末的不仅是尾部,而是整个鲁伯特之泪。

这么有趣的东西是怎么制造出来的?其实这并不是什么高科技产品,它的诞生可以一直追溯到17世纪。

鲁伯特之泪之所以名为鲁伯特之泪,是因为它是查理一世的侄子鲁伯特率先制造出来的,而制造的方法也非常简单。

鲁伯特将玻璃烧至融化,然后让融化的玻璃自然滴落于冰冷的水中,于是一个水滴状的玻璃制品就制造完成了,它就是鲁伯特之泪。

如此简单的制造工艺为何能够制造出如此有趣的物品,其中蕴含着怎样的物理学原理呢?这里涉及到的一个主要的物理学概念就是“应力”。

所谓应力,就是指当物体受到外力作用时,物体内部各部分之间会产生相互作用力,以抵抗外力的作用,根据受力的不同,又可以分为压应力与拉应力,顾名思义,压应力就是抵抗物体有压缩趋势的应力,而拉应力就是物体对使物体有拉伸趋势的外力的反作用于力。

如果不太清楚,我们可以举一个实际的例子。

我们用一条硬纸板搭在两张桌子之间做成一个简易的小桥,然后把手机放上去,桥瞬间就塌了。当如果我们把这条硬纸板弯成拱形,再把手机放上去,它就可以支撑得住了,这就是形变使硬纸板具备了较强的压应力,所以可以顶得住上方增加的重量了。

弄懂了压应力,我们再来看鲁伯特之泪。当烧热的玻璃融化后滴落于冰冷的水中,会瞬间遇冷凝固,但凝固是有先后顺序的。玻璃的最外一层会率先凝固,而此时内部还没有完全冷却,这就产生了一个差异,那就是外部瞬间冷却凝固,而内部是缓慢冷却凝固。

因为热胀冷缩的关系,玻璃内部在冷却的过程中会向内拉扯已经凝固的外层,而且越来越紧,于是就在玻璃的外层形成了较强的压应力。由于内部不断收缩,于是又会在玻璃的内层形成较强的拉应力。

有物理学家认为鲁伯特之泪的压应力可以达到7000倍的大气压,如此大的压应力,不要说手枪了,就是冒蓝火的加特林,恐怕也打不破。那么鲁伯特之泪的尾部为何又如此脆弱呢?原因很简单,因为尾部的面积太小了。

即便有着较强的压应力,但过小的面积使得它只需稍加受力就会碎裂,而且尾部一旦碎裂,整个鲁伯特之泪内部的压应力与拉应力的平衡就会被打破,于是整个鲁伯特之泪就都碎掉了。

第一次接触鲁伯特之泪的人,通常都会感觉这个小东西很神奇,但其实它并没有什么神奇的,因为在我们的身边,这个东西到处都是,而我们会用另一个名字称呼它,那就是“钢化玻璃”。

没错,钢化玻璃就是根据鲁伯特之泪的原理所制造的,它也是通过将玻璃由外而内逐步冷却,使之内部产生较强的压应力,来增加强度。不过由于钢化玻璃的形状限制,它的强度并不能与水滴状的鲁伯特之泪相比,所以钢化玻璃是防不住子弹的。

虽说防不住子弹,但若想使用普通的工具将钢化玻璃击碎,也是不可能做到的。

有没有什么办法可以轻易破坏钢化玻璃呢?当然有,就与破坏鲁伯特之泪的方法一样。

鲁伯特之泪最脆弱的地方就是尾部,而钢化玻璃最脆弱的地方就是边角,只需要一粒小石子,放在钢化玻璃的边角上用力一敲,整块玻璃就全碎了。

现在你明白为什么被困车内,要对着车窗的边角进行敲击了吧,因为汽车的车窗就是钢化玻璃,只需要一根小细棍插到车窗的边角处轻轻一撬,整个车窗就都碎裂了。

有的时候,一些由钢化玻璃所打造的玻璃门或玻璃窗,只是轻轻一推就自爆了,这又是怎么回事呢?大多数情况都是有沙石等杂质卡在了脆弱的边角处,此时再施加一个外力,它就碎了,如同自爆一般。

子弹都打不破 鲁伯特之泪为何如此神奇?

责任编辑:宪瑞

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