在我們的印象中,玻璃是一種非常易碎的材料,根本就經不起磕磕絆絆,正因為如此,我們在形容某個人的內心比較脆弱的時候,通常會用到“玻璃心”這個詞。然而并不是所有的琉璃制品都是這樣的,比如說今天我們要講的“魯珀特之淚”。
“魯珀特之淚”這個名字源自于17世紀時的一位名為魯珀特的王子,其制作方法相對比較簡單,只需要將一大滴處于高溫熔融狀態的玻璃滴入冰冷的水之中,在水的冷卻作用下,這滴玻璃就會凝固成一個很像淚滴的形狀,這就是“魯珀特之淚”了。
“魯珀特之淚”之所以被人們關注,是因為它的頭部能夠抵抗很強的沖擊力,具體怎么樣呢?這么說吧,在過去的日子里,曾經有人嘗試對其頭部進行射擊,但子彈卻沒有將其擊碎。
然而“魯珀特之淚”卻有一個非常大的弱點,那就是它的那一條細細長長的“尾巴”。人們發現,它的“尾巴”非常脆弱,只需要隨便一掰就碎掉了,更離譜的是,“魯珀特之淚”的“尾巴”一旦出現破碎,其整體就會瞬間爆裂。
這就有點意思了,“魯珀特之淚”連子彈都打不動,為什么卻害怕被人掰“尾巴”呢?要搞清楚這個問題,我們需要先來簡單了解一下“魯珀特之淚”的內部情況。
當一大滴處于高溫熔融狀態的玻璃滴入冰冷的水之后,其外層和內層的物質冷卻速度是不一樣的,由于外層與冷水直接地接觸,因此它會迅速冷卻并凝固,在這種情況下,這滴玻璃的表面就會迅速形成一層堅硬的外殼,根據熱脹冷縮的原理,這個外殼的體積就會收縮,而由于熱的傳遞問題,這滴玻璃的內層物質則會更慢地冷卻,并且越往內,冷卻速度就越慢。
在這種情況下,這滴玻璃的外層體積就會因為受冷而收縮,而內層則是高溫膨脹狀態,這樣就會在短時間內形成一個外部收縮、內部膨脹的局面。由于熔融狀態的玻璃具有流動性,因此其內層高溫物質就會強力地擠壓外層,從而在其外層產生“壓應力”(即抵抗物體被壓縮的應力),而在其內層產生“拉應力”(即抵抗物體被拉伸的應力)。
如果冷卻的速度足夠短,那么這種應力分布就會被保存下來,在這種情況下,“魯珀特之淚”就會始終處于一種“外壓內拉”的力學狀態。
有研究表明,“魯珀特之淚”的頭部外層的“壓應力”最高可以達到大約7000個大氣壓,并且在受到外部撞擊的時候,其內層的“拉應力”還會很好地保護它的內層結構,因此可以說,一般子彈的沖擊力是不夠看的,正因為如此,“魯珀特之淚”的頭部才不會被子彈擊碎。
上圖為偏振鏡下的“魯珀特之淚”的應力分布情況,我們可以看到,越往尾部其應力分布就越均勻,也就是說“魯珀特之淚”的這種“外壓內拉”的應力分布在其尾部上最不明顯,因此可以說它的“尾巴”的抗壓能力是最弱的。
還有就是“魯珀特之淚”的“尾巴”很細,其尺寸相對于頭部要小得多,而對于玻璃制品來說,尺寸越小的地方就越容易碎裂。本來抗壓能力就是最弱的,再加上尺寸又小,如此一來,“魯珀特之淚”的“尾巴”當然就很容易被破壞了,通常只需要隨便一掰就碎掉了。
“魯珀特之淚”的“尾巴”一旦受損,就會造成一種“裂紋擴展”,它的“力學護盾”也就不復存在,在這種情況下,其內部的“拉應力”就會使“魯珀特之淚”在極短的時間內發生爆裂,最終徹底粉碎。
看似堅強無比,卻有著一碰就碎的脆弱,難怪有人說,“魯珀特之淚”像極了愛情。
好了,今天我們就先講到這里,歡迎大家關注我們,我們下次再見。