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好硬的“小蝌蚪”!液壓機差點輸了,竟然還是玻璃做的

玻璃自從被人類發明出來后,就逐漸在人類的生活中占據著重要的作用,現在更是幾乎每天都能見到和使用各種玻璃制品。

玻璃給人們的印象就是透明,美觀,還有就是易碎了,但是有這么一個玻璃制品,可能會顛覆你對玻璃易碎的認知。


魯珀特之淚

將一塊普通的透明玻璃,對其進行加熱至600℃左右,此時的玻璃就會開始軟化,并出現拉絲狀。

此時讓軟化的玻璃在重力的作用下緩慢下垂,最后一部分玻璃會自然脫落,要讓這部分脫落的玻璃掉入到冰水中。

讓其快速冷卻,立即凝固成具有特殊的蝌蚪形狀,這個過程類似于現代制造鋼化玻璃的過程。

當玻璃完全冷卻成型后,就會變成具有圓頭和長尾巴的蝌蚪狀,是非常有意思的一個小玩意兒,人們就將這個東西叫“魯珀特之淚”。

魯珀特之淚,看到這個名字應該都會覺得很有意思,據記載,在英國有一個非常喜歡玩玻璃的王子,他在偶然間制造出了小蝌蚪狀玻璃,而在制造的這個過程就好像滴下的一滴眼淚,所以就有人將這個新東西稱之為“魯珀特之淚”。

后來人們通過研究發現,這并不是一個簡單的玻璃,它還具有非常獨特的特性,這個蝌蚪狀小東西,不但有著非常堅硬的圓頭,還有著非常脆弱的尾巴。

魯珀特之淚的圓形頭特別的堅硬,普通的一塊小玻璃一擊即碎,而魯珀特之淚的圓形頭用錘子都不能將其擊碎。

研究發現魯珀特之淚圓形頭部,每平方厘米能夠承受7噸的壓力,這使其具有某些特殊鋼材的強度。

而與圓形頭部的堅硬相比,它的尾部則是異常脆弱,甚至比普通的玻璃還要脆弱,甚至用手都能讓尾部破碎,并且隨著尾部的破碎,還會隨之讓圓形頭部也一起瞬間破碎。

也就是說魯珀特之淚的頭部非常堅硬,而尾部卻異常脆弱,如果先破壞尾部則整個魯珀特之淚也會瞬間分解破碎,研究表面,通過以每秒近一百萬幀的速度拍攝破碎過程,可以看到裂紋從尾部以1500米每秒以上的速度傳播崩解。


魯珀特之淚破碎原理

盡管研究人員一直試圖弄清楚是什么原因,導致了這些魯珀特之淚擁有這些不尋常的特性,但直到利用現代技術和設備才使研究人員得以徹底了解到其中的原理。

在上世紀末,英國的普渡大學和劍橋大學利用高速分幅攝影技術觀察了魯伯特之淚的破碎過程;從他們的實驗中得出的結論是,每一滴魯珀特之淚的表面都承受著很高的向內壓力,而內部則承受著很高的向內拉力,所以就會在其表面形成很強的保護層。

然而,又出現了另一個疑問,壓力是如何在整個魯珀特之淚中分布的,使其整個魯伯特之淚的堅硬程度分布不均勻。

魯珀特之淚很容易通過將熾熱的玻璃熔化后滴入冰水中制成,這是因為玻璃液滴能在水中快速冷卻成型,并不需要再次加工。

在冷卻的過程中,首先是外部快速冷卻成型,而內部則會緩慢的冷卻,也就是外部比內部冷卻得快;當外層成型變硬后,內部在冷卻的過程中會出現收縮并對冷卻的外層產生拉力,這就會讓外層變得更加堅硬。

整個魯珀特之淚都是由這層堅硬的外殼來保持壓力平衡,所以只要保持平衡就很難將其破碎,并且這種表面保護層還很薄,約為整個圓形頭部直徑的10%。

但是其尾部卻異常的脆弱,這是因為魯珀特之淚尾部雖然也同樣有堅硬的外層,但是太細了,堅硬的外殼面積就較小,因此破壞它所需的力要小得多,也就更容易出現裂紋。

魯伯特之淚保護層只要有一處被打破后,就會出現裂紋,隨之打破其內部拉力和壓力的平衡,導致全部破碎,所以當尾部出現裂紋后,就會隨之迅速延伸到圓形頭部,使整個魯珀特之淚破碎。

而魯珀特之淚圓形頭部到底有多硬,國外很多小伙伴用盡了很多的辦法來破壞它,就來看看吧。

用錘子敲沒有絲毫反應

用子彈也不能完全讓其破碎

最后上液壓機試試

這么狠嗎,完全不把液壓機放眼里,應該是下面的鐵塊軟了點,再換一個鐵塊試試,最后終于破了。


魯珀特之淚的應用


其實魯珀特之淚不僅是結構有意思,其原理在社會很多領域都有使用,例如說普遍使用的鋼化玻璃,就是利用其原理制成的。
鋼化玻璃的制造過程跟魯珀特之淚非常相似,也是將玻璃原料加熱熔化,再讓其快速冷卻,也同樣會讓鋼化玻璃表面快速冷卻,內部在緩慢冷卻后,就會形成向內的壓力和拉力。
這讓鋼化玻璃具有很大的強度,在破碎過后并不會出現塊狀或者棱角,而是出現放射開的小塊和裂紋。
鋼化玻璃雖然堅固,但是也有脆弱的地方,那就是邊緣,而這就與魯珀特之淚的尾部一樣的,只要打破了其表面這層保護層的結構平衡,整塊玻璃也就會隨之全部破碎。


所以,在一些場所需要破壞鋼化玻璃來逃生時,只需要先破壞鋼化玻璃的邊緣,就能破碎整塊玻璃。
很多人都認為玻璃是現代才被發明出來的,其實它被發明出來已經有幾千年的歷史了,并在社會的各個領域為人類服務。

文中圖片截取自Youtube《Why is a Prince Rupert's Drop so Hard to Break Science Max》文中gif截取自Youtube《Mystery of Prince_Rupert's Drop at 130000 fps Smarter Every Day 86《How Strong Are Prince Rupert's Drops Hydraulic Press Test!》《38 Special vs Prince Ruperts Drop at 170,000 FPS - Smarter Every Day 169》

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