玻璃 ， 是生活中常见的材料 ， 主要由石英砂、硼砂以及石灰石等原料 ， 再添加少量辅助材料 ， 高温熔融而成 。 玻璃是我们生活中一种常见的易碎品 ， 然而有一种玻璃制品——鲁珀特之泪 ， 却能承受住液压机8吨压力的锤击 ， 且丝毫不受影响 。
相传在17世纪 ， 鲁珀特亲王将一块玻璃高温熔化后自然滴落在冷水中 ， 最终形成了一枚如眼泪般的透明物 。 一个名为“鲁珀特之泪”的名字便由此而来 。 鲁珀特之泪虽然坚固无比 ， 但它也有弱点 。 鲁珀特之泪尖锐的顶端 ， 只要稍有损伤便可爆裂 。 这又是为什么呢？
为了更好地解释鲁珀特之泪圆滑的底端具有超高强度的原因 ， 就不得不提到钢化玻璃的结构 。 钢化玻璃又称为强化玻璃 ， 是普通玻璃经过热处理、化学处理等工艺制成的 。 钢化玻璃表面存在着一层薄薄的压应力层 ， 这便是其本身具有高抗压强度的原因 。 在压应力层的作用下 ， 玻璃的结构更加紧密 ， 尤其是其表层的内缺陷会被挤压 ， 避免了裂纹的扩散 。 当钢化玻璃受到外部压缩力时 ， 其内部的拉应力得到了抵消 ， 从而能够承受更大的压缩力；当钢化玻璃受到拉伸力时 ， 其表层的压应力得到了释放 ， 从而提高了承受拉伸力的强度 。
【鲁珀特之泪的秘密】鲁珀特之泪的应力分布与钢化玻璃相似 。 融化的玻璃在接触水的瞬间 ， 其外部最先冷却凝固 ， 而内部却还是处于熔融状态 。 由于热胀冷缩的原理 ， 随着玻璃由外向内逐渐冷凝 ， 内部体积收缩变小 ， 对外层形成了拉力 ， 而外层也会对内部形成向外的拉力 。 但是鲁珀特之泪的尾部质量很小 ， 其外层和内部的冷凝时间几乎相同 ， 导致鲁珀特之泪的头部和尾部冷却时间不均衡 ， 整体受力不均 。
从物理定律上来说 ， 压应力和张应力是同时存在的 ， 两者大小相当 ， 方向相反 。 鲁珀特之泪内部一旦出现应力不平衡的情况 ， 哪怕是其尖端稍微出现一点凹陷 ， 整体就会发生连锁反应 。 当内部超高张应力获得了释放空间时 ， 玻璃就会发生炸碎 。
鲁珀特之泪美丽坚硬又独特 ， 不仅在外观上使人赏心悦目 ， 在内部构造方面也让人叹为观止 。
本文由北京市第六十五中学一级教师胡晓艳进行科学性把关 。
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作者： 田维
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