在我们的印象中,玻璃是一种非常易碎的材料,根本就经不起磕磕绊绊,正因为如此,我们在形容某个人的内心比较脆弱的时候,通常会用到“玻璃心”这个词。
然而并不是所有的琉璃制品都是这样的,比如说今天我们要讲的“鲁珀特之泪”。
“鲁珀特之泪”这个名字源自于17世纪时的一位名为鲁珀特的王子,其制作方法相对比较简单,只需要将一大滴处于高温熔融状态的玻璃滴入冰冷的水之中,在水的冷却作用下,这滴玻璃就会凝固成一个很像泪滴的形状,这就是“鲁珀特之泪”了。
“鲁珀特之泪”之所以被人们关注,是因为它的头部能够抵抗很强的冲击力,具体怎么样呢?这么说吧,在过去的日子里,曾经有人尝试对其头部进行射击,但子弹却没有将其击碎。
然而“鲁珀特之泪”却有一个非常大的弱点,那就是它的那一条细细长长的“尾巴”。
人们发现,它的“尾巴”非常脆弱,只需要随便一掰就碎掉了,更离谱的是,“鲁珀特之泪”的“尾巴”一旦出现破碎,其整体就会瞬间爆裂。
这就有点意思了,“鲁珀特之泪”连子弹都打不动,为什么却害怕被人掰“尾巴”呢?要搞清楚这个问题,我们需要先来简单了解一下“鲁珀特之泪”的内部情况。
当一大滴处于高温熔融状态的玻璃滴入冰冷的水之后,其外层和内层的物质冷却速度是不一样的,由于外层与冷水直接地接触,因此它会迅速冷却并凝固,在这种情况下,这滴玻璃的表面就会迅速形成一层坚硬的外壳,根据热胀冷缩的原理,这个外壳的体积就会收缩,而由于热的传递问题,这滴玻璃的内层物质则会更慢地冷却,并且越往内,冷却速度就越慢。
在这种情况下,这滴玻璃的外层体积就会因为受冷而收缩,而内层则是高温膨胀状态,这样就会在短时间内形成一个外部收缩、内部膨胀的局面。
由于熔融状态的玻璃具有流动性,因此其内层高温物质就会强力地挤压外层,从而在其外层产生“压应力”(即抵抗物体被压缩的应力),而在其内层产生“拉应力”(即抵抗物体被拉伸的应力)。
如果冷却的速度足够短,那么这种应力分布就会被保存下来,在这种情况下,“鲁珀特之泪”就会始终处于一种“外压内拉”的力学状态。
有研究表明,“鲁珀特之泪”的头部外层的“压应力”最高可以达到大约7000个大气压,并且在受到外部撞击的时候,其内层的“拉应力”还会很好地保护它的内层结构,因此可以说,一般子弹的冲击力是不够看的,正因为如此,“鲁珀特之泪”的头部才不会被子弹击碎。
但子弹都打不动的“鲁珀特之泪”,为什么一掰“尾巴”就碎掉了呢?上图为偏振镜下的“鲁珀特之泪”的应力分布情况,我们可以看到,越往尾部其应力分布就越均匀,也就是说“鲁珀特之泪”的这种“外压内拉”的应力分布在其尾部上最不明显,因此可以说它的“尾巴”的抗压能力是最弱的。
还有就是“鲁珀特之泪”的“尾巴”很细,其尺寸相对于头部要小得多,而对于玻璃制品来说,尺寸越小的地方就越容易碎裂。
本来抗压能力就是最弱的,再加上尺寸又小,如此一来,“鲁珀特之泪”的“尾巴”当然就很容易被破坏了,通常只需要随便一掰就碎掉了。
“鲁珀特之泪”的“尾巴”一旦受损,就会造成一种“裂纹扩展”,它的“力学护盾”也就不复存在,在这种情况下,其内部的“拉应力”就会使“鲁珀特之泪”在极短的时间内发生爆裂,最终彻底粉碎。
鲁伯特之泪多少钱一个?
鲁伯特之泪是什么?为什么被称为爱神之泪?是什么让他坚不可摧?又是什么让他一碰就碎?在17世纪,人类就已经开始研究鲁伯特之类,至今已经有400多年的历史,它之所以让我们如此痴迷,主要是因为它神奇的特性。
鲁伯特之类的头部非常的坚硬,你甚至都不敢相信它能坚硬到什么程度,明明只是玻璃制品,却可以抵挡20多吨液压机的碾压,甚至能在上面留下自己的印记。
用子弹射击鲁伯特之类,可是玻璃制造的鲁伯特之类毫发无伤,子弹却撞的粉身碎骨。
但是如此坚固的东西,只需要轻轻的捏一下它的尾巴,它就会碎,而且不是一般的破碎,是从尾部直接碎成粉末,连一个大一点的碎片都找不到,那么是什么原因让这个物体充满了极致的矛盾?
鲁伯特之类的制作方法非常的简单,不需要太高的技术含量,用高温将玻璃加热融化,然后让它自然滴落在冰水中,不过成功率并不高,因为必须保证它的头部又真空气泡,否则也只是一个坚硬的玻璃球而已。
它的历史可以追溯到1660年,当时巴达维亚的鲁伯特王子送给英格兰国王伍科这样的玻璃球,可是却没有人能够破解,其中的奥妙让当时的科学家们大为头痛。
直到400多年后,科学家们通过交叉片电光在看清它的内部结构之后破解了这个难题。
当高温玻璃液滴滴落在冰水中后,玻璃表面因为遇冷会快速的凝固形成外壳,可内部的玻璃还是融化的状态等内部的玻璃,滴液冷却凝固后,体积就会变小,但是这时候外部的形状已经固定,于是表面就会产生一种向内的压应力,这种力量非常的强大,能够达到700兆帕,是地球大气压的7000倍左右。
而内部将慢冷却的玻璃则会被外壳拉扯着形成拉应力。
两种力量僵持不下,造成了鲁伯特之类头部坚不可摧的特性。
至于它的尾部为什么会成为他唯一的弱点,这是因为鲁伯特之类的头部质量较大,内部冷却较慢,而且接触冰水的时间更长一些,它的尾部则非常的纤细,在冰水中冷却的速度非常的快,这导致了它头尾冷却不均衡,内部受力不均。
只要受到轻微的破坏,内部不平衡的压力就会瞬间释放,这种力量从尾部顺着裂纹扩散到整个鲁伯特之内,这个过程被称为裂纹扩展,速度可以达到每秒1450到1900米,在这种力量下整个鲁伯特之类都会变成粉末。
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