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用子弹轰击玻璃珠,会发生什么事情?相信100个人有101个都会回答,玻璃珠会碎成渣渣。不幸的是,我们下面看到的这个小小泪滴状玻璃珠,如果用子弹去射它,反而子弹会被撞得粉碎。
这种玻璃名叫鲁珀特之泪,是以莱茵河的鲁普莱希特亲王名字命名的。它的制造方法非常简单,把熔化的玻璃自然滴进冰水中,就会形成如同蝌蚪状的玻璃泪滴。这种玻璃泪滴具有非常奇妙的物理特性,你用锤子、液压机击打或压迫它的头部,玻璃可以坚硬如铁,丝毫无损。甚至Youtube上有一个高速摄像机拍摄的视频,当子弹射到这颗泪滴玻璃的头部时,子弹反而撞得粉碎。但你若抓住它细细的尾巴,稍微施加一些压力,整颗玻璃珠就会瞬间爆裂,彻底粉碎。
实在太奇妙了,这是什么原理呢?400多年来科学家们一直百思不得其解。早在1994年,来自美国普渡大学的材料科学家斯里尼瓦桑·钱德拉斯卡和英国剑桥大学的穆纳瓦尔·乔德里就用高速摄像机对其进行了研究,发现熔化的玻璃滴进冰水中时,表面会迅速冷却形成外壳,内部却依然呈液态,从而导致应力不均。当其尾部遭到破坏时,残余应力会迅速释放,使得裂纹瞬间传遍整个玻璃体,其速度可达1900米/秒,造成玻璃完全碎裂。
随着探测技术的不断发展,最近科学家们重新进行了实验,他们把熔化的玻璃滴落到和玻璃具有相同折射率的液体中,同时用红色的偏振光进行探测,通过显微镜绘制光线在玻璃内轻微变形标记的应力分布,揭示了鲁珀特之泪形成的更多细节。研究发现,虽然玻璃头部的表面层只占直径的10%,可以承受的压缩应力却高达700MPa,是大气压力的7000倍。而要打破玻璃珠,需要创造一个进入内部张力区的裂缝,但这却很困难,因为裂缝倾向于平行分布在表面上,所以打破玻璃珠最简单的办法就是打破其尾部。
这项研究揭示了鲁珀特之泪不可思议的力量和脆弱性的奇特平衡,已发表在《应用物理学报》上。