子弹打不碎的玻璃,我能掰碎?

作者: 井上菌

来源: 中科院物理所

发布日期: 2019-12-15 10:09:22

本文介绍了鲁珀特之泪这种奇特的玻璃制品,它既不易破碎又非常脆弱,具有头部异常坚硬和尾部非常脆弱的矛盾特性。文章详细解释了鲁珀特之泪的制作过程和其背后的科学原理,并探讨了其在科学研究中的应用。

你是否会相信有一个特别不易破碎的物体,而与此同时,它又非常的脆弱,以至于特别容易破碎呢?而且,这个矛盾的东西仅仅是一块玻璃,一块被称为“鲁珀特之泪”(又被称为荷兰泪)的玻璃。

我们知道,固体物质一般可以分为晶体和非晶体。晶体是指在微观结构上粒子作周期性排列的固体,换句话说就是一个最小周期在一个方向上多次重复出现。而包括像雪花、钻石和食盐这种是大的单晶,而大部分金属、陶瓷等都是多晶。非晶体主要特征就是没有晶体的长程有序性特征,内部粒子间的结合是无规则的。而玻璃是最常见的一种非晶体。

玻璃由于种类的不同其化学成分差异很大,不过一般可以分为二氧化硅玻璃和特殊玻璃。其中大部分属于前一类。这种玻璃主要由沙子(主要成分二氧化硅)、石灰石(主要成分碳酸钙)和碳酸钠制成。虽然在制作普通玻璃时加入碳酸钠作为助熔剂是为了降低二氧化硅的熔点,通过向二氧化硅中加入约25%的氧化钠,可以将二氧化硅的熔点从1700多摄氏度降低到850摄氏度,但是这种玻璃又很容易溶于水。

鲁珀特之泪有什么奇特之处?

鲁珀特之泪的本尊那么,这个蝌蚪状的玻璃有什么奇特之处呢?脆弱的尾部头部非常坚硬,尾部非常脆弱。在切断它的尾部时,由于内部张力无法维持而导致爆炸性破碎,鲁珀特之泪在当尾巴被切断时,会爆炸性的分解成粉末。而其第二个特性是头部具有异常的强度,如果单单给其头部施压,可以承受15000牛顿的力。这其实是由于头部外表面附近存在巨大的残余应力导致的,这种应力分布可以通过使用玻璃应力诱发的双折射的特性来测量。

甚至子弹打中它都不会碎。

尽管它具有看似这两个不可能在一个物体上出现的特性,但是鲁珀特之泪的制作手法却出奇的简单。就是将熔融玻璃滴入冷水中产生的玻璃珠,该玻璃珠会呈现蝌蚪状,尾巴细长的形态。为什么会用“鲁珀特”来命名呢?据传是查理一世国王的侄子鲁珀特王子是1660年率先将这种奇特的玻璃制品带到英格兰的。

其实,荷兰泪的制作过程中使用了淬火的方法。而淬火法生产钢化玻璃可能受到了鲁珀特之泪制作过程的启发。没想到一块玻璃也可以既易碎又坚固的矛盾统一体,你还知道有什么这样的东西嘛?可以在留言区和大家分享一下。

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