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普通玻璃竟能承受巨大的压力,研究者终于解开鲁伯特眼泪之谜

玻璃是我們日常生活中非常常見的一種材料, 可以做水杯等日常用品, 也可以做成漂亮的工藝品, 通常來說它是一種非常易碎的材料, 使用過程中要非常注意。 但如果換個形式, 將普通玻璃熔化, 并在重力的作用下自然滴入冰水中, 它將變成帶著一條小尾巴的眼淚形狀。 它的頭部與普通玻璃制品的特性差異非常大, 能承受高達20噸的壓力。 但它的尾部卻非常脆弱, 只用手指就可以將其捻碎, 這個時候它的頭部也會迅速變成粉末。

這個不同尋常的玻璃制品, 最早在17世紀出現, 是當時的一位王子魯伯特將它當作禮物送給英格蘭的國王的。

國王對這種漂亮的玻璃制品所具有的奇怪特性也非常好奇, 并在1661年將其移交給皇家學會進行研究。 但整整400年過去后, 研究者們才逐漸解開它身上的秘密。

研究者們解釋說, 在制作的過程中, 它的表面溫度下降速度遠大于內部, 因而表面對內部有非常大的抗壓力, 且這個力能夠被內部大拉應力抵消。 當這兩個力保持平衡時, 它就能夠抵抗巨大的外力。 通常情況下, 玻璃表面再細小的裂紋都是可以迅速蔓延到其內部的, 但是這種淚型的形狀, 能夠將外力引到一邊, 所以裂紋無法擴散。

但如果它的尾部碎了, 裂紋就能夠沿著它的軸線, 迅速在其全身擴散。 這使得原有的平衡被破壞,

整個玻璃淚迅速爆裂。 研究者解釋說, 這就像你可以輕易將一張紙撕成兩半, 但是再大的壓力也不會對它造成什么破壞, 因而使得材料斷裂的往往都是拉應力, 而不是壓力。

事實上, 它能具有強大硬度的原因就是內外力的平衡, 而捏碎尾部讓它輕易粉碎掉的原因就是破壞這種平衡。 在通過高速攝影儀器進行觀察時, 研究者發現它破碎時裂紋傳播的速度達到了每秒1450-1900米, 是音速的5倍, 因而才能在一瞬間就變成粉末。

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