魯伯特之淚是什么東西?聽上去有一種詩情畫意之感,似乎是某種與愛情有關(guān)的象征!但很抱歉,魯伯特之淚和愛情半毛錢關(guān)系都沒有,它是冷冰冰的硬核物理知識。

魯伯特之淚爆裂瞬間

它是一種玻璃制品,相傳它的硬度極高,如果對著它的頭部開一槍的話,碎裂的不是玻璃,而是子彈!但它卻又非常脆弱,只需在尾部輕輕一捏,整個直接從尾部到頭部秒碎!假如制造出一種沒有尾部的魯伯特之淚,那它豈不是天下無敵了嗎?

魯伯特之淚是怎么制造出來的?它的頭部為什么會如此堅硬?

魯伯特之淚制造非常簡單,只要將其融化的玻璃滴落在水中即可制造。相傳這是17世紀(jì)英國魯伯特王子所發(fā)現(xiàn),說起這魯伯特可是一位帥哥,而且還傳他槍法十分準(zhǔn)確,當(dāng)然這不是本文的主題,迷妹們可以去查查他的生平!

魯伯特王子

這滴落在水中的玻璃滴急速冷卻,形成一個頭大尾巴小,像眼淚拉長了的眼淚一樣的透明玻璃滴,據(jù)說他還經(jīng)常將此物帶上議會然后跟大臣們開個玩笑,用錘子都砸不碎的的東西,結(jié)果在尾部輕輕一捏,整根玻璃滴應(yīng)聲而碎,而且是寸斷!

魯伯特之淚的神奇特性

那些錘子敲不爛、子彈擊不碎、液壓機(jī)搞不定的傳聞是真的嗎?其實可以是真的,但也可以說是假的,為什么會如此兩極分化呢,來看幾張動圖就明白了!

錘子敲不爛?還真敲不爛!

子彈擊不碎?碎了!

液壓機(jī)壓不裂?裂了!

很明顯除了錘子敲不爛的傳聞外被證實外,其它都是騙人的!但其實完全不能這樣粗暴理解,比如錘子換成十磅大錘,那么必定會敲碎!另外槍擊魯伯特之淚,子彈還真碎裂了,只是這根振動傳播到了尾部,從魯伯特之淚最薄弱的部位開始碎裂,一直到頭部!

而液壓機(jī),如果調(diào)整其在十噸之內(nèi),那么魯伯特之淚還真壓不碎!我們要說的是,魯伯特之淚畢竟是一個玻璃制品,卻以宇宙最喪的難題考核它,是不是太不人道了?不過我們還是要問一句:

它為什么會那么硬?尾部為什么又那么脆弱?

這要從它的制造過程說起,它是融化的玻璃液滴落在水中急速冷卻得到,因此在它的表面形成了很強(qiáng)的壓應(yīng)力,而在內(nèi)部則是很強(qiáng)的拉應(yīng)力,將材料死死的鎖在一起,形成了極高強(qiáng)度的特性!1994年普渡大學(xué)的S·錢德拉塞克蘭和劍橋大學(xué)的M·M·喬杜里研究了魯伯特之淚的內(nèi)應(yīng)力分布!

應(yīng)力分布

結(jié)果發(fā)現(xiàn)玻璃滴頭部表明的壓應(yīng)力高達(dá)700兆帕,幾乎是大氣壓的7000倍!這要比之前的預(yù)期要高得多。而這些壓應(yīng)力分布區(qū)域只占玻璃滴直徑約10%。那么表面應(yīng)力是怎么讓魯伯特之淚或得超高強(qiáng)度的呢?那是因為要讓“淚滴”碎裂,必須在內(nèi)部形成裂紋,但表面應(yīng)力與內(nèi)應(yīng)力的分布只會讓裂紋在表面延伸,因此在頭部讓“淚滴”碎裂需要消耗極大的代價!

高速攝像機(jī)下可以看到從尾部碎裂到頭部的過程

而尾部這因為因為逐漸細(xì)小,兩者表面和內(nèi)部最終會在末端回合,因此在尾部碎裂要容易得多,并且尾部的裂紋會幾乎以每秒大約1450米-1900米的速度傳遞到玻璃滴拉伸區(qū),最終徹底碎裂,如果沒有高速攝像機(jī),根本不要想拍下它從尾部到頭部的碎裂過程。

能制造出沒有尾巴的魯伯特之淚嗎?

既然魯伯特之淚頭部強(qiáng)度那么高,那么只要它的頭部,不要尾部行不行?理論上來看似乎可以,將一團(tuán)球狀的玻璃滴,全方位無死角的突然出現(xiàn)在水中,比如四周同時接觸水,那么這個玻璃球?qū)诒砻嫔珊軓?qiáng)的壓應(yīng)力,而內(nèi)部則殘留拉應(yīng)力,這不就是魯伯特之淚的頭部了嗎?

似乎這在地球上無法實現(xiàn),重力狀態(tài)下會形成水滴狀,這是無法避免的,但似乎在空間站也很難實現(xiàn)球體四周100%同時接觸水的條件。

鋼化玻璃和鋼化玻璃珠

鋼化玻璃有兩種生產(chǎn)方式,一種是物理法,加熱玻璃到接近融化點(diǎn),然后快速均勻降溫,另一種是化學(xué)法(離子交換法),加熱硝酸鉀到液態(tài),然后玻璃進(jìn)去泡澡,然后撈出來均勻降溫得到鋼化玻璃!

與魯伯特之淚接近的是物理法,不過化學(xué)法也能得到類似結(jié)果,不過鋼化玻璃的溫度和冷卻速度都比不上魯伯特之淚,鋼化玻璃的壓應(yīng)力無法和魯伯特之淚相比,但它的強(qiáng)度和硬度已經(jīng)很高了,也非常耐敲擊,但一旦某個點(diǎn)被突破,那么整塊玻璃會迅速擴(kuò)散碎裂!

鋼化玻璃是個大平面,所以很明顯不太合適,所以可以將玻璃珠使用鋼化玻璃的工藝來制造出鋼化玻璃珠,相信它應(yīng)該很耐摔,當(dāng)然對于玻璃珠來說,即使它不經(jīng)過鋼化加工,它也很不容易摔碎!但它無法做到魯伯特之淚的水平,顯然它也遭遇了鋼化玻璃一樣的局限。

但鋼化玻璃珠可能是最接近魯伯特之淚水準(zhǔn)的玻璃制品了!