红色之泪的秘密 (红色之泪为什么叫蓝色)

玻璃是生活中常见的材料,主要由石英砂、硼砂、石灰石等原料制成,加入少量辅助材料,高温熔化。玻璃是我们生活中常见的易碎产品。然而,有一种玻璃制品——鲁珀特的眼泪,它能承受液压机8吨压力的锤击,一点也不受影响。

据说在17世纪,鲁珀特王子在高温下熔化了一块玻璃,然后自然地滴在冷水中,最终形成了一个像眼泪一样透明的东西。一个名叫“鲁珀特的眼泪”的名字就来了。虽然鲁珀特的眼泪非常强壮,但它也有弱点。鲁珀特眼泪尖锐的顶部,只要有轻微的损伤就会爆裂。为什么是这样?

为了更好地解释鲁珀特眼泪光滑底部超高强度的原因,必须提到钢化玻璃的结构。钢化玻璃又称强化玻璃,是通过热处理、化学处理等工艺制成的普通玻璃。钢化玻璃表面有一层薄薄的压应力层,这就是为什么它具有较高的抗压强度。玻璃的结构在压应力层的作用下更加紧密,特别是其表面的内部缺陷会被挤压,以避免裂纹的扩散。当钢化玻璃受到外部压缩力时,其内部拉应力被抵消,从而承受更大的压缩力;当钢化玻璃受到拉伸力时,释放其表面压应力,从而提高拉伸力的强度。

鲁珀特眼泪的应力分布与钢化玻璃相似。熔化玻璃在接触水的瞬间,外部首先冷却凝固,但内部仍处于熔化状态。由于热膨胀和冷收缩的原理,随着玻璃从外到内逐渐凝结,内部体积收缩变小,外层形成张力,外层也形成向外张力。然而,鲁珀特眼泪的尾部质量很小,外部和内部的冷凝时间几乎相同,导致鲁珀特眼泪的头部和尾部冷却时间不平衡,整体力不均匀。

在物理定律方面,压应力和张应力同时存在,大小相同,方向相反。一旦鲁珀特的眼泪内部出现应力不平衡,即使尖端有点凹陷,整个连锁反应也会发生。当内部超高张应力获得释放空间时,玻璃就会破碎。

鲁珀特的眼泪美丽、坚硬、独特,不仅在外观上赏心悦目,在内部结构上也令人惊叹。