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“鲁伯特之泪”为什么能挡子弹?

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鲁伯特之泪是什么东西?听上去有一种诗情画意之感,似乎是某种与爱情有关的象征!但很抱歉,鲁伯特之泪和爱情半毛钱关系都没有,它是冷冰冰的硬核物理知识。

鲁伯特之泪爆裂瞬间

它是一种玻璃制品,相传它的硬度极高,如果对着它的头部开一枪的话,碎裂的不是玻璃,而是子弹!但它却又非常脆弱,只需在尾部轻轻一捏,整个直接从尾部到头部秒碎!假如制造出一种没有尾部的鲁伯特之泪,那它岂不是天下无敌了吗?

鲁伯特之泪是怎么制造出来的?它的头部为什么会如此坚硬?

鲁伯特之泪制造非常简单,只要将其融化的玻璃滴落在水中即可制造。相传这是17世纪英国鲁伯特王子所发现,说起这鲁伯特可是一位帅哥,而且还传他枪法十分准确,当然这不是本文的主题,迷妹们可以去查查他的生平!

鲁伯特王子

这滴落在水中的玻璃滴急速冷却,形成一个头大尾巴小,像眼泪拉长了的眼泪一样的透明玻璃滴,据说他还经常将此物带上议会然后跟大臣们开个玩笑,用锤子都砸不碎的的东西,结果在尾部轻轻一捏,整根玻璃滴应声而碎,而且是寸断!

鲁伯特之泪的神奇特性

那些锤子敲不烂、子弹击不碎、液压机搞不定的传闻是真的吗?其实可以是真的,但也可以说是假的,为什么会如此两极分化呢,来看几张动图就明白了!

锤子敲不烂?还真敲不烂!

子弹击不碎?碎了!

液压机压不裂?裂了!

很明显除了锤子敲不烂的传闻外被证实外,其它都是骗人的!但其实完全不能这样粗暴理解,比如锤子换成十磅大锤,那么必定会敲碎!另外枪击鲁伯特之泪,子弹还真碎裂了,只是这根振动传播到了尾部,从鲁伯特之泪最薄弱的部位开始碎裂,一直到头部!

而液压机,如果调整其在十吨之内,那么鲁伯特之泪还真压不碎!我们要说的是,鲁伯特之泪毕竟是一个玻璃制品,却以宇宙最丧的难题考核它,是不是太不人道了?不过我们还是要问一句:

它为什么会那么硬?尾部为什么又那么脆弱?

这要从它的制造过程说起,它是融化的玻璃液滴落在水中急速冷却得到,因此在它的表面形成了很强的压应力,而在内部则是很强的拉应力,将材料死死的锁在一起,形成了极高强度的特性!1994年普渡大学的S·钱德拉塞克兰和剑桥大学的M·M·乔杜里研究了鲁伯特之泪的内应力分布!

应力分布

结果发现玻璃滴头部表明的压应力高达700兆帕,几乎是大气压的7000倍!这要比之前的预期要高得多。而这些压应力分布区域只占玻璃滴直径约10%。那么表面应力是怎么让鲁伯特之泪或得超高强度的呢?那是因为要让“泪滴”碎裂,必须在内部形成裂纹,但表面应力与内应力的分布只会让裂纹在表面延伸,因此在头部让“泪滴”碎裂需要消耗极大的代价!

高速摄像机下可以看到从尾部碎裂到头部的过程

而尾部这因为因为逐渐细小,两者表面和内部最终会在末端回合,因此在尾部碎裂要容易得多,并且尾部的裂纹会几乎以每秒大约1450米-1900米的速度传递到玻璃滴拉伸区,最终彻底碎裂,如果没有高速摄像机,根本不要想拍下它从尾部到头部的碎裂过程。

能制造出没有尾巴的鲁伯特之泪吗?

既然鲁伯特之泪头部强度那么高,那么只要它的头部,不要尾部行不行?理论上来看似乎可以,将一团球状的玻璃滴,全方位无死角的突然出现在水中,比如四周同时接触水,那么这个玻璃球将会在表面生成很强的压应力,而内部则残留拉应力,这不就是鲁伯特之泪的头部了吗?

似乎这在地球上无法实现,重力状态下会形成水滴状,这是无法避免的,但似乎在空间站也很难实现球体四周100%同时接触水的条件。

钢化玻璃和钢化玻璃珠

钢化玻璃有两种生产方式,一种是物理法,加热玻璃到接近融化点,然后快速均匀降温,另一种是化学法(离子交换法),加热硝酸钾到液态,然后玻璃进去泡澡,然后捞出来均匀降温得到钢化玻璃!

与鲁伯特之泪接近的是物理法,不过化学法也能得到类似结果,不过钢化玻璃的温度和冷却速度都比不上鲁伯特之泪,钢化玻璃的压应力无法和鲁伯特之泪相比,但它的强度和硬度已经很高了,也非常耐敲击,但一旦某个点被突破,那么整块玻璃会迅速扩散碎裂!

钢化玻璃是个大平面,所以很明显不太合适,所以可以将玻璃珠使用钢化玻璃的工艺来制造出钢化玻璃珠,相信它应该很耐摔,当然对于玻璃珠来说,即使它不经过钢化加工,它也很不容易摔碎!但它无法做到鲁伯特之泪的水平,显然它也遭遇了钢化玻璃一样的局限。

但钢化玻璃珠可能是最接近鲁伯特之泪水准的玻璃制品了!

责任编辑:贾翰鼎_NBJ10744

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