鲁珀特之泪
鲁伯特之泪既坚硬又脆弱,为什么一打它后面的尾巴就会破碎?你知道吗?
这个问题其实属于力学问题。 一、鲁伯特之泪的成型过程 “鲁伯特之泪”其材质就是普通的玻璃。将融化的玻璃滴入水中,形成水滴状。其成型过程非常简单,不需要什么高科技,也不需要什么特色的加工。 二、力学基本原理 1、大多数物体,耐压不耐拉。 2、大多数物体,热胀冷缩。 3、玻璃属于脆性物体。 4、宏观尺度下,尺寸小的地方容易发生破坏。 三、鲁伯特之泪成型的力学分析 由其成型过程可知,融化后的玻璃温度较高,大约700℃左右。当融化态的玻璃进入冷水中,外围因低温而缩小。但是,内部仍然处于高温状态。这就造成了玻璃处于受压的状态。如下图。正号表示内部高温膨胀,负号表示外部低温收缩。 玻璃在内涨外压的情况下,其中间部位(冷却最慢位置)相对于外部而言,是处于受拉状态。这种由于快速温度变化造成的热应力就会残留在玻璃内部。内部受拉部分的大小,取决于温度的变化时间。如果冷却时间足够慢(逐步降温),玻璃完全有时间来调整自身,实现热应力的自行释放。但是,冷却时间非常快(瞬间降温),外压内拉的残余热应力就会更加明显。 由于尺寸的关系,外压内拉的残余应力分布主要集中在其头部。而尾部的应力分布较为均匀。 四、鲁伯特之泪头部撞击的力学分析 我们已经知道,鲁伯特之泪始终处于外压内拉的力学状态下。如图所示。这里,我们遵循力学的习惯,拉应力为正,压应力为负。 当其头部收到外界撞击时,被撞部分肯定是压缩状态,力往内部传导的时候,内部的拉伸应力状态由于外界受压而变得缓解,即内部拉应力的值变小。从前面的力学原理可知,拉应力的减小,是非常有利的。 五、鲁伯特之泪秒碎的力学分析 正如前面分析,鲁伯特之泪外层处于受压的力学状态下,这就像一层保护层,始终保护着内部,迫使内部紧紧的挤在一起。 但是,其尾部由于尺寸较小,其承受的最大载荷与头部相比就显得非常小了。而且,细细的尾部,其应力分布也较头部更为均匀。外压内拉的应力分布在尾部并不明显。所以,尾部很容易受损,发生断裂。 一旦尾部受损,发生断裂。外压的那一层力学保护层,就将不复存在,应力瞬间得到释放。内部的拉应力使得整个鲁伯特之泪变成粉碎。 因为冷却时间很短,外层受冷收缩也很薄,并且很快有其他地方补充过来,特别是尾部还处于高温状态,这样已经受冷的部分收缩,而尾部高温则推挤着外层更加压的紧密。最终,形成外层的高压应力状态。
世界上存不存在没有尾巴的鲁伯特之泪?
鲁珀特之泪, 熔化 的玻璃在重力下自然滴入冰水中,形成的如同 蝌蚪 状的"玻璃泪滴",俗称为"鲁珀特之泪"。在大家的认知中,钢是最坚硬的东西,现在的建筑大多是用钢筋和混凝土制成的。但是钢板遇上子弹就不行了,再坚硬的钢板只要有子弹击打过都会留下坑,甚至是被打穿。可是这个世界上却有一种玻璃,可以把子弹击碎,到底是什么玻璃这么坚硬? 玻璃在我们的生活中是很常见的,玻璃杯、窗户上的玻璃等等,可是这些玻璃都非常的脆弱,只有受到撞击,就会碎一地,难道是防弹玻璃?在17世纪的时候,德国的鲁伯特亲王送给英国国王一个非常神秘的礼物,看着像是一个带尾巴的泪滴。国王看着这个玻璃制成的泪滴,好像并没有什么用处,觉得鲁伯特是用来羞辱他的,就下令让人拖下去。 鲁伯特赶紧解释这个泪滴的神奇之处,说这是世界上最坚硬的玻璃,无论怎么打都不碎,国王也派人尝试了,都是有名的大力士,用什么东西都打不碎。但是在鲁伯特手中,只见他轻轻的一掰那个细细的尾巴,泪滴瞬间炸裂成小颗粒。从此这个泪滴就火了,并且有一个非常好听的名字“鲁伯特之泪”。其实这个泪滴就是将玻璃融化,将得到的玻璃水倒进水中冷却,就能得到一个泪滴了。在玻璃水滴到水中的时候,表面遇冷水就凝结成固体,但是在固体中间的玻璃依旧是液体。随着温度慢慢降低,里面的玻璃水也渐渐凝固,在凝固的时候将周围的外壳进行收缩,导致在小小的泪滴中聚集了非常大的压应力,就会变得非常坚硬。 后来科学家也进行了实验,对鲁伯特之泪进行了压应力的测试,结果也是让大家大吃一惊,其压应力高出大气压上千倍。可是说世界上没有任何东西可以摧毁它,大家用子弹在做实验的时候,子弹在击中泪滴的一瞬间就会变成碎片。而这个强大的泪滴也是有弱点的,就在它自己的身上,每个鲁伯特之泪都有一个细长的小尾巴,而这个尾巴就是它致命的地方。 只要轻轻将尾巴掰碎,整个泪滴瞬间就炸裂成小颗粒,其应用的原理就是,只要尾巴碎掉,在泪滴中积攒的巨大的应压力就会被释放出来。其实每个强大的物体都有一个致命的弱点,不要被任何困难击倒,只要坚持就会发现其七寸所在,一击致命。