魯珀特之淚的原理 比鐵還硬是為什麼?

2025-04-22 11:02:26 1

玻璃在什麼的影響之中應該是比較脆弱的，日常生活中也常會因為沒有注意力度就把家裡的玻璃製品打碎了。但是接下來小編要跟大家說的這個東西也是玻璃做的，但是硬度卻十分的高，甚至可以承受20噸的壓力，下面一起來了解一下魯珀特之淚吧。

什麼是魯珀特之淚

將熔化的玻璃靠重力自然滴入冰水中，就會形成這些如同蝌蚪狀的「玻璃淚滴」。被俗稱為「魯珀特之淚」的這種玻璃有著奇妙的物理特性：淚珠本身就和實心玻璃沒什麼兩樣，捏捏錘錘都安然無恙，然而，若是抓住其纖細的尾巴、稍微施加一些壓力，那麼整顆玻璃淚就會瞬間爆裂四濺、徹底粉碎。

魯珀特之淚的原理

魯珀特之淚碎裂的原理叫做「裂紋擴展」，源於其內部不均衡的壓力：當熔化的玻璃滴入冰水中時，玻璃表面迅速冷卻形成外殼，而殼下的玻璃還仍然是液態。等到核部的玻璃也冷卻凝結體積變小時，液態的玻璃自然而然地拉著已經是固態的外殼收縮，導致靠近表面的玻璃受到很大的壓應力，同時核心位置也被拉扯向四周，受到拉應力。當外部遭到破壞時，這些殘餘應力迅速釋放出來，使得裂紋瞬間傳遍全體、支離破碎，據高速攝影技術觀測，其裂紋的傳遞速度可達秒速1450米-1900米。

魯珀特之淚到底有多硬

為什麼錘子砸普通玻璃會碎，而不是錘子碎，因為碎不是硬度管的事，是材料斷裂韌性和衝擊韌性管的範疇，而且和強度的概念也不一致注意區分。

如果玻璃的斷裂性是1個單位的話，鐵錘子就達到100，甚至140個單位的比值，所以刨除結構因素，不斷加力強度肯定是玻璃先碎。

所以魯珀特之淚有多硬，就比較模糊，從硬度上講那個視頻裡魯珀特普通玻璃的確比的鉛彈硬度高多了。1.5:7的關係。

魯珀特之淚碎掉是因為尾部手拿的地方晃動破碎造成其內部應力的完全釋放，簡單地說就是自己把自己打碎了。

魯珀特之淚的研究

1994年，普渡大學的S. Chandrasekar和劍橋大學的M. M. Chaudhri利用高速分幅照相法觀察魯伯特之淚的碎裂過程。他們總結出表面具有高壓應力，而內部具有強張力，因此處於不穩定的均衡態，打破尾部就能破壞這種平衡。

但仍有一個問題有待解決，就是壓力在魯伯特之淚中的分布情況，這將有助於完全解釋玻璃滴的頭部如此堅硬的原因。

為此，Chandrasekar和Chaudhri開始與愛沙尼亞塔林理工大學的Hillar Aben教授合作。Aben的研究專長是透明三維物體中的殘留應力，比如魯伯特之淚。

在他們三人發表在應用物理快報上的新研究中，他們利用透射式光彈性儀研究魯伯特之淚內部的壓力分布。透射式光彈性儀是一種顯微鏡，能測量軸對稱透明物體的雙折射。

實驗中，研究者將魯伯特之淚懸浮在透明液體中，利用紅色LED燈照射。通過利用光偏器，研究者測量了光穿過玻璃滴的光遲滯，並據此構建了整個玻璃滴中的壓力分布。

研究表明頭部的表面壓應力遠比先前所想更高——高達700兆帕，幾乎是大氣壓的7000倍。並且表面壓縮層也很薄，大約是頭部直徑的10%。

正如研究者所言，這使得玻璃滴頭部具有極高的斷裂強度。要打碎玻璃滴，就必須要要能將衝擊傳遞到內部的張力區。而由於表面的裂縫會平行於表面延伸，因此無法到達張力區。反而最簡單的辦法是弄碎尾部，這樣該部位的擾動就會傳遞到張力區。

大體上，研究者認為這一結果最終解釋了魯伯特之淚的秘密。

Chaudhri說道：「這一研究完全解釋了頭部如此堅硬的原因。我認為我們已經解決了該領域的大部分主要問題，不過也有可能會冒出一些新問題。」