能抵御子弹的鲁珀特之泪 其实也是一触即碎的玻璃心呢
我們每天都會和形形色色的玻璃打交道,大到建筑門窗,小到磨砂水杯,到處都有玻璃的蹤跡。
置身于玻璃的世界,你對玻璃了解多少呢?從4000年前到今日,玻璃的根源與命脈又從何說起?
今天,讓我們走進(jìn)玻璃的秘密花園。
玻璃常被認(rèn)為是近代才出現(xiàn)的高科技材料,你可能想象不到,4000多年前的美索不達(dá)米亞和古埃及的遺跡里,都曾有小玻璃珠出土。
那個時期的玻璃大都是小玻璃珠,偶爾也有小玻璃碎片,科學(xué)家推測,這些玻璃可能是在極端氣象條件(比如閃電)下天然形成的。
公元前15世紀(jì),克里特島、希臘邁錫尼、埃及、西亞等地區(qū)就開始生產(chǎn)玻璃。在亞歷山大圖書館里甚至出現(xiàn)了制造玻璃的“指南”類書籍,可見當(dāng)時的玻璃制作工藝已經(jīng)很成熟。
與西方相比,中國的玻璃出現(xiàn)較晚,目前發(fā)現(xiàn)的最早玻璃制品來自春秋末期到戰(zhàn)國初期。那時,玻璃又被稱作“繆琳”“火齊”等。
有色玻璃同樣自古就有,湖北江陵望山楚墓群1號墓出土的越王勾踐劍上就鑲有兩塊形狀不同的藍(lán)色玻璃。
現(xiàn)在,生產(chǎn)玻璃已經(jīng)非常容易,通常的流程是:先將石英砂等玻璃配合料在池窯或坩堝窯內(nèi)進(jìn)行高溫加熱,熔制成型后,經(jīng)退火、淬火等一系列步驟制成。
但你知道嗎,自然界中有很多天然形成的“玻璃”,比如珍珠巖、浮巖等。比如說珍珠巖,是火山噴發(fā)的酸性熔巖經(jīng)急劇冷卻而成的玻璃質(zhì)巖石。
天然玻璃多是顆粒狀,現(xiàn)代工業(yè)制造的玻璃那就形態(tài)各異了,不過,蝌蚪狀的玻璃你見過嗎?
有人說它是愛神的眼淚,它不似玻璃,確是玻璃,又或者說它是一塊極富矛盾特質(zhì)的“超能玻璃”,能承受巨大壓力,輕輕一捏卻又會粉身碎骨。
它就是神秘的魯珀特之淚,又被稱作“愛神之淚”。
與眾不同的“愛神之淚”制作方法并不復(fù)雜,只要將高溫熔化的玻璃靠重力自然滴入冰水中,靠著極大的溫差,魯珀特之淚就在“冰與火”中悄然綻放。
魯珀特之淚,圖片來源bucuo
為什么說它是“超能玻璃”呢?這是由于這種玻璃有著奇妙的物理特性。“淚珠”本身比一般玻璃堅(jiān)硬很多,能承受巨大壓力而不破碎,連子彈打擊都不怕。
魯珀特之淚能承受子彈打擊,圖片來源baijiahao
然而,若是抓住其纖細(xì)的尾巴,稍微施加一些壓力,那么整顆玻璃淚滴就會瞬間粉碎,它不是簡單地破裂,而是“粉碎性骨折”。
魯珀特之淚破碎瞬間,圖片來源baijiahao
這是什么原理呢?
科學(xué)家用交叉偏振光鏡觀測到了它頭部的壓力分布很不均衡。
偏振光鏡下的魯珀特之淚,圖片來源baidu
當(dāng)高溫玻璃滴入冰水中時,玻璃表面迅速冷卻形成外殼,而殼下的玻璃仍然是液態(tài)。等內(nèi)部的玻璃凝固后,會拉著已經(jīng)是固態(tài)的外殼收縮,一股極大的拉應(yīng)力就此產(chǎn)生。
“頭部”強(qiáng)大的“外壓內(nèi)拉”作用力決定了魯珀特之淚強(qiáng)度很大,在液壓機(jī)面前也毫無懼色,面對子彈依舊昂首挺胸。
但它的尾巴卻特別脆弱,輕輕一捏,便會爆炸似的“粉身碎骨”。
交叉偏振光鏡觀測到了它尾部越靠近尖端壓力越均衡,也就是說在整個魯珀特之淚上,尾端的“外壓內(nèi)拉”是最不明顯的,所以尾端抗打擊能力是最弱的。
這里還要講到“裂紋擴(kuò)展”原理,即當(dāng)尾端外部遭到破壞時,原玻璃內(nèi)殘余應(yīng)力迅速釋放出來,裂紋以飛快的速度在其表面蔓延,玻璃瞬間化為粉末,營造出“爆炸”般的視覺效果。
這就是魯珀特之淚矛盾特質(zhì)的由來。
當(dāng)然,抗壓能力強(qiáng)的玻璃并不是僅此一家。
1998年2月的一個夜晚,格魯吉亞總統(tǒng)謝瓦爾德納澤乘著一輛車,20多個殺手半路殺出,向其掃射并投擲手榴彈,謝瓦爾德納澤卻毫發(fā)無損。
原來,是車上特殊的防彈窗救了他一命。這種具有“英雄色彩”的新型玻璃就是“防彈玻璃”。說起來防彈玻璃的組成不算復(fù)雜,它是由普通玻璃和優(yōu)質(zhì)工程塑料經(jīng)特殊加工得到的一種復(fù)合型材料。
例如,在兩塊普通玻璃層中夾上聚碳酸酯材料層,就形成了一種比普通玻璃更厚的特殊玻璃。這種玻璃抗壓能力強(qiáng),可以承受巨大的沖擊力,可用作防彈玻璃。防彈玻璃的內(nèi)部結(jié)構(gòu)大致分為三層:承力層,過渡層,安全防護(hù)層。
當(dāng)子彈射入防彈玻璃時,最外層的承力層被打碎,破壞彈頭或改變彈頭形狀,削減部分子彈的能量。
減慢的子彈擊中內(nèi)層較為柔韌的部分——過渡層時,被阻斷了去路。子彈的動能轉(zhuǎn)化為玻璃的彈性勢能和碎片的能量,柔韌的“夾心層”憑借內(nèi)部強(qiáng)大的張力,“以柔克剛”,擋住了氣勢洶洶的子彈。
最后一關(guān)就是安全防護(hù)層,在這里,絕大部分沖擊能被吸收,保證子彈不能穿過此層。就這樣,看似脆弱的玻璃擋住了威力巨大的子彈。
四千年前,人類偶然發(fā)現(xiàn)天然形成的玻璃碎片,接受了自然界帶給我們的禮物。在之后的漫長歲月里,人類從最原始的用天然形成的玻璃碎片做裝飾物,到大量制作玻璃器皿和門窗,再到逐漸開發(fā)出具備各種特殊性能的特種玻璃,對玻璃的應(yīng)用越來越廣闊。
今天,玻璃在光伏發(fā)電領(lǐng)域的作用被科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),被譽(yù)為“新型節(jié)能采光材料”的低輻射玻璃應(yīng)運(yùn)而生。或許,不久的將來我們會見到更多神奇的玻璃。
總結(jié)
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