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,以及一條細長的尾巴。
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,整個玻璃球就會瞬間爆裂。
其實,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,它獨特的物理性質一直困擾科學家400來年,過去人們無法解釋,為什么玻璃球的頭部這么硬,而尾巴的斷裂會導致整個玻璃爆裂?
歷史上許多著名的科學家都研究過它——包括羅伯特·胡克(胡克定律的那個),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,發現整個玻璃球表面,包括尾部和頭部都承受著極高的壓應力,同時與內部拉應力處于平衡狀態。
要想擊碎這種玻璃球,必須要克服這個應力,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,它整個應力平衡也會被破壞,這會導致極高的應力在瞬間釋放,因此尾部的斷裂會出現瞬間破裂。
其實魯伯特之淚形成的原因很簡單,因為熔融的玻璃滴入水中時,它外部會先冷卻成形,而內部冷卻較慢,隨著內部冷卻,它會收縮,表面的壓應力就是這么來的。
至于這個應力到底有多大,2017年一項研究指出,它的壓強可以達到700兆帕,這個強度差不多可以抵抗20噸的壓力。
魯伯特之淚在過去通常是用于娛樂消遣的,但是現在它有一個非常廣泛的應用,就是鋼化玻璃。
其實,鋼化玻璃就是通過這種溫度差在玻璃內部留下應力來產生的。
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,比如能不能用金屬來制作魯伯特之淚。
我剛剛查到,確實有一些金屬也可以通過熱處理來讓其內部產生殘余應力,比如不銹鋼就比較容易出現類似情況,因為它有著高熱膨脹系數和低熱導率。
↑↑↑用金屬制作魯伯特之淚時形成的各種形狀
但是,無論什么金屬都很難形成魯伯特之淚那種形狀,以達到極大增強硬度和抗沖擊能力。
另外,金屬通常并不需要進行這種工藝處理,因為它本身就已經足夠硬,同時金屬也比玻璃難以熱處理。