御宅基地 趣闻 走近科学:能和子弹硬刚的玻璃”蝌蚪“——鲁珀特之泪

走近科学:能和子弹硬刚的玻璃”蝌蚪“——鲁珀特之泪

知道吗?世界上有一种玻璃比钻石还要坚硬,虽然只是一个小小的圆球,却困扰了科学家们400多年。别看它外表看起来脆…

超坚硬的玻璃构造”鲁珀特之泪“

知道吗?世界上有一种玻璃比钻石还要坚硬,虽然只是一个小小的圆球,却困扰了科学家们400多年。别看它外表看起来脆弱,却连子弹都打不穿,这个神奇的玻璃就是“鲁珀特之泪”,是不是咋一听上去很像项链的名字?其实早在17世纪时,它的确是被“鲁珀特”王子当作饰品献给了英国国王,但那时玻璃已经应用于各家各户,并不会让人感到稀奇,王子拿出那么廉价的礼物,不就是在给自己国家蒙羞吗?英国使臣愤怒地将玻璃球扔到地上,并准备讨伐这个小王子。
超坚硬的玻璃构造”鲁珀特之泪“

可这时神奇的一幕却发生了,被打翻在地的玻璃球,不仅没有碎掉,反而把地板砸出了一个坑,王孙贵族纷纷围观。这次之后,玻璃球声名大噪,并被人们赋予了一个美丽的名字——鲁珀特之泪。那么鲁珀特之泪为什么如此坚硬呢?它的内部到底是由什么构成的呢?这就要从它的制作原理开始讲起。鲁珀特之泪的制作其实非常简单,我们首先需要用喷枪预热玻璃棒,然后在杯子里装满冷水,加热玻璃棒时,我们只要把火力集中在一点,然后耐心等待玻璃棒熔化。
超坚硬的玻璃构造”鲁珀特之泪“

熔化后的玻璃液,会靠其本身的重力滴入冰水中,等到玻璃液完全凝固后再将它捞出来,一个完整的鲁珀特之泪就制作完成了。因为高温融化的玻璃入水,表面会瞬间冷却凝固,但面积限制了体积的冷缩,所以内部分子被拉开,等到内部冷却凝固后又反过来拉紧分子,所以鲁伯特之泪才有了这么坚固的外表。它虽然只有手指的大小,却可以承受20吨左右的压迫。可每个物品都有属于它的弱点,鲁珀特之泪的弱点就在于它的纤细的尾巴,我们只需用手轻轻捏住它的尾部,坚硬的鲁珀特便瞬间粉身碎骨。
超坚硬的玻璃构造”鲁珀特之泪“

它的这种破碎原理被称作裂纹扩展,我们用交叉偏振光镜,可以看到鲁珀特内部的压力分布。当玻璃滴入水中时,玻璃外层迅速形成一个保护壳,而玻璃内层却依然还是液体的状态,随着时间的延长,玻璃内部的液体慢慢冷却,但由于体积太小,导致靠近表面的玻璃受到很大的压应力。同时核心位置也被拉扯向四周,因为受到拉应力的影响,所以当鲁珀特尾部遭到破坏时,这些应力便迅速释放出来,使鲁珀特之泪瞬间破碎。
超坚硬的玻璃构造”鲁珀特之泪“

我们生活中所用的钢化玻璃其实就是利用鲁珀特的原理制作而成,在玻璃融化成液态时,通过模具避免重力的影响,然后再迅速将它放在水中冷却,钢化玻璃就产生了。不过,钢化玻璃的硬度要小于鲁珀特之泪,这与鲁珀特之泪自身的”蝌蚪状“结构有很大关系。
超坚硬的玻璃构造”鲁珀特之泪“

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作者: 基哥

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