鲁伯特之泪：连子弹都打不碎的玻璃，为何轻轻一捏就瞬间爆炸？

17世纪出现的一种神奇玻璃

它的头部子弹都打不破

却在尾巴处轻轻一捏就破碎

这样自相矛盾的玻璃到底有什么奥秘

竟隔了将近四个世纪才被科学家们解开谜题

在我们的普遍认知里

玻璃是一种十分纯粹的材质

它干净透明却又十分易碎

但是在制造玻璃的过程中

人们却意外地发现了一种独特的材质---鲁珀特之泪

而且它的形状也十分独特

就像是蝌蚪亦或是泪珠一样

有一条细细的尾巴

相传早在17世纪德国有一位鲁珀特亲王无意间发现了这种玻璃

并且将其送给当时的英国国王查理二世当做礼物

这种玻璃的名字也就由此而来

但是除了形状奇特以外

它最引人注目的便是其奇妙的特性

泪滴头部可以经受锤子甚至是子弹的击打

但是如果抓住泪滴的尾部

即使是轻轻地用力整颗玻璃泪就会立刻碎成粉末

然而多年来人们一直致力于解开鲁珀特之泪的奥秘

随着时代的发展

科学家才在现代科技的帮助下得到答案

1994年

普渡大学的钱德拉塞克兰和剑桥大学的乔杜里

通过高速摄影技术观察了泪滴的碎裂过程

他们通过实验得出结论

玻璃泪滴的表面具有很强的压应力

而内部则具有很强的拉应力

所以泪滴处于不稳定的平衡态

尾部也就变成了它最脆弱的部分

但是疑惑也随之而来

在其中的这些应力是如何分布的呢

这个问题一旦解开也就知道了泪滴头部为何如此坚硬

为此他们找到了研究透明物体三维残留应力的专家

在实验中发现

玻璃头部表面的压应力高达700兆帕

近乎大气压的7000倍

而且这些压应力的分布却很薄

约占玻璃滴直径的10%

这样的表面压应力让“鲁珀特之泪”拥有很高的结构强度

要想使其破碎

必须在玻璃滴内部拉伸区形成裂纹

而且表面的裂纹只会沿着玻璃的表面发展

不会深入到内部

它破碎的原理也被称作“裂纹扩展”

当熔化的玻璃滴入冰水中时

玻璃表面迅速冷却形成外壳

而壳下的玻璃还仍然是液态

等到核部的玻璃也冷却凝结体积变小时

液态的玻璃自然而然地拉着已经是固态的外壳收缩

导致靠近表面的玻璃受到很大的压应力

同时核心位置也被拉扯向四周

受到拉应力当外部遭到破坏时

这些残余应力迅速释放出来

使得裂纹瞬间传遍全体

在高速摄影技术的观测下

其裂纹的传递速度可以达到1450米-1900米

但是鲁珀特之泪其头部虽然坚硬无比

尾部极其脆弱的特性是它致命的缺点

曾经有人想过竟然可以抵挡子弹的威力

那么为什么不用来制作防弹衣呢

道理很简单

一旦制成其尾部是必不可少的存在

因此即使抵挡了炮弹的袭击

其尾部只需轻轻一碰整件衣服就毁于一旦

还有可能伤害到自己

不过科学家们还是从中得到了启发

发明了淬火法制造出了钢化玻璃

这种钢化玻璃相比较普通的玻璃更具有安全性

承载能力的增大改善了玻璃本身的易碎性质

而且即使钢化玻璃破坏也呈现无锐角的小碎片

对人体的伤害极大地降低了

鲁珀特之泪不仅名字优美

其外形也是如珍珠般剔透纯洁

在未来的某一天

科学家们一定会掌握其特性

将其运用到日常生活中

造福人类