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科普:为什么钢化玻璃非常坚固、但当它破碎时会形成数以千计的细小碎片
(2015-03-06 11:14:14)
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杂谈 |
如果你想通过一个科学实验看看被抑制的压力是多么危险，那么“路柏王子的眼泪”是个很好的选择。将熔融状的玻璃滴入冷水，就能形成这种以17世纪业余科学家的名字命名的玻璃珠，在它的内部存在着极高的压力。这种玻璃珠能够抵御极高的外部冲击，但是如果你发现了它们的软肋—折断它的尾巴，玻璃珠就会爆炸。
当熔融状的玻璃遇到水后，其外表面在凝固的过程中会迅速缩小，而其内部依然处于熔融状态的玻璃会继续流动以适应外壳的尺寸。内部的玻璃在冷却凝固的过程中也会收缩，不过由于外壳已经变成了固体，所以外壳不能再改变形状适应缩小的内核。
最终的结果就是形成了巨大的应力—玻璃的核从各个方向向内拉着外壳。像被紧紧拉伸的弹簧一样，玻璃珠的内部存在着巨大的能量，如果你弄碎了玻璃珠细细的尾部，连锁反应就像冲击波一样在整个玻璃珠上蔓延。每个区域破裂后，释放的能量便会导致临近的区域继续碎裂，最终的结果就是整个玻璃珠在不到1 毫秒的时间内炸开。
有趣的是，同样的应力还让“路柏王子的眼泪”十分坚固。细微损伤的破裂和扩散是普通玻璃破碎的主要原因，但如果玻璃表面被内部的应力“拉住”，损伤就无法扩散，玻璃也就难以破碎。我用锤子在这些玻璃珠的大头上敲了几下，它们依然完好无损，甚至尾部也比看上去坚固。
通常用在汽车或玻璃门上的钢化玻璃的原理是一样的：通过使用冷空气吹风让热玻璃板的外表面迅速冷却(但不像我们的玻璃珠这样迅速)，形成大小适当的应力，在同一时间“拉住”玻璃外表面。这就是为什么钢化玻璃非常坚固、但当它破碎时会形成数以千计的细小碎片的原因。实际上钢化玻璃这种破碎方式非常安全，因为不会形成能够伤人的大块玻璃碎片。
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