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有一個很好玩的小東西,它叫做“魯伯特之淚”。
本質上它就是一個水滴形狀的玻璃制品,但它的獨特之處在于,這個玻璃水滴的頭部極其堅硬,刀砍、斧剁、錘子砸都不能傷其分毫,就算是用手槍打,結果也是子彈粉碎,而魯伯特之淚卻毫發(fā)無損。一個玻璃制品能有如此硬度,的確令人驚訝,但如果只是這樣,還算不上有趣,相比頭部的堅硬,魯伯特之淚的尾部卻異常脆弱,只需要用力一捏就會碎成粉末,而且碎成粉末的不僅是尾部,而是整個魯伯特之淚。這么有趣的東西是怎么制造出來的?其實這并不是什么高科技產品,它的誕生可以一直追溯到17世紀。
魯伯特之淚之所以名為魯伯特之淚,是因為它是查理一世的侄子魯伯特率先制造出來的,而制造的方法也非常簡單。
魯伯特將玻璃燒至融化,然后讓融化的玻璃自然滴落于冰冷的水中,于是一個水滴狀的玻璃制品就制造完成了,它就是魯伯特之淚。如此簡單的制造工藝為何能夠制造出如此有趣的物品,其中蘊含著怎樣的物理學原理呢?這里涉及到的一個主要的物理學概念就是“應力”。所謂應力,就是指當物體受到外力作用時,物體內部各部分之間會產生相互作用力,以抵抗外力的作用,根據受力的不同,又可以分為壓應力與拉應力,顧名思義,壓應力就是抵抗物體有壓縮趨勢的應力,而拉應力就是物體對使物體有拉伸趨勢的外力的反作用于力。
如果不太清楚,我們可以舉一個實際的例子。
我們用一條硬紙板搭在兩張桌子之間做成一個簡易的小橋,然后把手機放上去,橋瞬間就塌了。當如果我們把這條硬紙板彎成拱形,再把手機放上去,它就可以支撐得住了,這就是形變使硬紙板具備了較強的壓應力,所以可以頂得住上方增加的重量了。弄懂了壓應力,我們再來看魯伯特之淚。當燒熱的玻璃融化后滴落于冰冷的水中,會瞬間遇冷凝固,但凝固是有先后順序的。玻璃的最外一層會率先凝固,而此時內部還沒有完全冷卻,這就產生了一個差異,那就是外部瞬間冷卻凝固,而內部是緩慢冷卻凝固。
因為熱脹冷縮的關系,玻璃內部在冷卻的過程中會向內拉扯已經凝固的外層,而且越來越緊,于是就在玻璃的外層形成了較強的壓應力。由于內部不斷收縮,于是又會在玻璃的內層形成較強的拉應力。
有物理學家認為魯伯特之淚的壓應力可以達到7000倍的大氣壓,如此大的壓應力,不要說手槍了,就是冒藍火的加特林,恐怕也打不破。那么魯伯特之淚的尾部為何又如此脆弱呢?原因很簡單,因為尾部的面積太小了。即便有著較強的壓應力,但過小的面積使得它只需稍加受力就會碎裂,而且尾部一旦碎裂,整個魯伯特之淚內部的壓應力與拉應力的平衡就會被打破,于是整個魯伯特之淚就都碎掉了。
第一次接觸魯伯特之淚的人,通常都會感覺這個小東西很神奇,但其實它并沒有什么神奇的,因為在我們的身邊,這個東西到處都是,而我們會用另一個名字稱呼它,那就是“鋼化玻璃”。
沒錯,鋼化玻璃就是根據魯伯特之淚的原理所制造的,它也是通過將玻璃由外而內逐步冷卻,使之內部產生較強的壓應力,來增加強度。不過由于鋼化玻璃的形狀限制,它的強度并不能與水滴狀的魯伯特之淚相比,所以鋼化玻璃是防不住子彈的。雖說防不住子彈,但若想使用普通的工具將鋼化玻璃擊碎,也是不可能做到的。
有沒有什么辦法可以輕易破壞鋼化玻璃呢?當然有,就與破壞魯伯特之淚的方法一樣。
魯伯特之淚最脆弱的地方就是尾部,而鋼化玻璃最脆弱的地方就是邊角,只需要一粒小石子,放在鋼化玻璃的邊角上用力一敲,整塊玻璃就全碎了?,F在你明白為什么被困車內,要對著車窗的邊角進行敲擊了吧,因為汽車的車窗就是鋼化玻璃,只需要一根小細棍插到車窗的邊角處輕輕一撬,整個車窗就都碎裂了。有的時候,一些由鋼化玻璃所打造的玻璃門或玻璃窗,只是輕輕一推就自爆了,這又是怎么回事呢?大多數情況都是有沙石等雜質卡在了脆弱的邊角處,此時再施加一個外力,它就碎了,如同自爆一般。
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