鲁珀特之泪 (鲁珀特之泪)

鲁珀特之泪,熔化的玻璃在重力下自然滴入冰水中,形成的如同蝌蚪状的“玻璃泪滴”且能承受巨大压力,俗称为“鲁珀特之泪”。

1发现

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据悉,17世纪德国鲁珀特亲王无意间发现,熔化玻璃重力下自然滴入冰水中,能够形成如同蝌蚪状的“玻璃泪滴”,至此才有了“鲁珀特之泪”。鲁珀特之泪的头部能够承受巨大的压力,则是得益于其结构上的受力不均。而这个原理也被广泛应用于生产生活中,比如水滴型设计的潜艇便是。

2奇妙特性

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这些玻璃物体有着奇妙的特性:泪滴头部可以经受锤子的敲砸,但如果抓住泪滴尾部,稍微施力整颗玻璃泪滴就会立刻碎成粉末。

3解密

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将融化的玻璃依靠重力自然滴入水中,就会形成“鲁珀特之泪”。多年来,研究人员一直试图解开“鲁珀特之泪”的奥秘,但直到最近,科学家才在现代科技的帮助下得到答案。

1994年,普渡大学的S·钱德拉塞克兰和剑桥大学的M·M·乔杜里用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:玻璃泪滴表面具有很很强的压应力,而内部具有很强的拉应力,所以,泪滴处于不稳定的平衡态,尾部则是“鲁珀特之泪”的七寸。

透射偏光显微镜可以测量轴对称透明物体的双折射。在实验中,研究人员将“鲁珀特之泪”悬浮在透明液体中,然后用红色LED照亮玻璃泪滴。他们借助偏光显微镜测量到光通过玻璃滴的光延迟,并用这些数据构建了整个玻璃滴的应力分布。

结果表明,玻璃滴头部表明的压应力高达 700 兆帕,近乎大气压的 7000 倍——这要比之前的预期高得多。而这些压应力的分布却很薄,约占玻璃滴直径的10%。

表面压应力让“鲁珀特之泪”拥有很高的结构强度。要使“鲁珀特之泪”破碎,必须在玻璃滴内部拉伸区形成裂纹,而表面裂纹只会沿着玻璃滴表面发展,不会深入内部拉伸区。但尾部却是“鲁珀特之泪”的阿喀琉斯之踵,因为尾部碎裂会使裂纹传入玻璃滴拉伸区,并迅速从内部土崩瓦解。

至此,“鲁珀特之泪”的硬度问题终于得到解答。

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参考资料

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“恩,这火器出口,所谋之利也是非常丰厚。

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