爆炸的玻璃珠显示出为什么你车上的防风玻璃是强硬和安全的
如果你想观看一个由压力所致危险的科学演示的话,“鲁珀特王子的玻璃滴(Prince Rupert’s Drops)”即是一个例子。这些被以17世纪业余科学家命名的热熔的玻璃滴,在悲剧性地掉进一桶冰水中之后转变成了具有很强张力的小包。即使是最强力的打击也对它无可奈何,直到你找到它的薄弱点:轻敲它的尾巴,它就会立刻爆裂!
当融化的玻璃滴遇到冰冷的水时,它的外表层温度会急剧下降,并在固化的同时收缩。因为其中心还仍然是液态的,所以它可以流动以调整到更小的外壳尺寸。当中心也冷却并固化时,它也收缩,但这时外壳已经固化,没法调整大小和形状以适应收缩了的核心。
随着核心从各个方位拉紧外壳,结果就形成了巨大的内部张力。这就像一个绷紧的弹簧,玻璃也准备着随时释放大量的能量。如果你打碎了玻璃滴的细尾巴,一系列反应就会像冲击波一样传递。它的各个部分均会破裂,释放出足够的能量震碎旁边的部分,一段接一段,整个玻璃滴在百万分之一秒以内彻底迸裂。
荒唐的是,这种张力也可以使玻璃滴更加结实。玻璃破裂是从细小的划痕拉开并延展至碎裂的。如果表面被内部张力所收缩,划痕无法扩大,玻璃就很难破裂。我用一个锤子打击我从当地玻璃店买回的玻璃滴,结果打不碎,甚至细尾巴也比表面看上去更结实。
用作车窗和玻璃门的强化玻璃的工作原理也是如此。用冷气流快速(但不能太快)地吹过被加热软化的玻璃板表面,就会产生一个温和的内部张力。这个张力会一直保持玻璃表面的自我收缩。这就是为什么强化玻璃很结实,但是一旦破裂就会变成成百上千个碎片的缘故。这个变成碎片的过程实际上使得它更加安全,因为没有像刀那样锋利的大块玻璃对人造成伤害。由此我们得到的经验是:压力使得人变得更加坚强,但在坚强的外表下隐藏的却是潜在的崩溃危险。别把我逼急了,行吗?
如果打碎玻璃滴的细尾巴,一系列反应就会像冲击波一样传递,使之瞬间崩裂。
如何制作鲁珀特王子的玻璃滴
你需要
□ 玻璃工用的炉子
□ 能挑起熔融玻璃的金属棍
□ 大约30厘米深的水
□ 安全眼镜
注意:
制造鲁珀特王子的玻璃滴需要一个玻璃熔化炉。典型的炉子是一种用煤气加热的窑,有一个盛放玻璃液的黏土池。如果你没有这样的炉子,可在当地找一个玻璃加工场,甜言蜜语一番就行了。
1 在水桶或水槽中倒入约30厘米深的水。
2 用一个金属棍(玻璃工用的那种)取一团熔融的玻璃并不停地旋转,让玻璃均匀地环绕并粘在金属棍的一端。
3 挪到水的上方,停止转动棍子,让玻璃滴落到水中。
4 如果玻璃滴没有在冷却过程中碎掉,那么大约20秒玻璃滴就足够冷却可以出水了。戴上安全眼镜!碰到任何轻微的挑衅,这个坏家伙都可能发作。
5 玻璃滴一般有一个很长的尾巴,可长达1米。当你充分准备好,戴好视角宽阔的安全眼镜后,折断它的尾巴。
6 拿出扫帚,因为你制造了满屋子的玻璃砂。
熔融的玻璃非常热。这个新鲜出炉的鲁珀特王子的玻璃滴周围的水正在在沸腾。