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這是一個困擾了科學(xué)界幾百年的問題，1660年，當時的巴達維亞王子魯珀特送給英格蘭國王查理二世五個蝌蚪狀的玻璃球，引起國王極大的興趣。按理說作為國王什么寶貝沒見過，怎么就會被這幾只普普通通的玻璃球吸引呢？

原來這幾只名叫魯珀特之淚的玻璃球的頭部異常堅硬，無論怎么弄也弄不碎，當時的科學(xué)家們完全無法解釋原因，以至于很多人認為魯伯特之淚上被施加了魔法。后世的人們曾經(jīng)做過實驗，直接開槍射擊魯珀特之淚的頭部，但依舊無法擊碎。那么，魯珀特之淚中到底隱藏著什么秘密，它為什么能如此堅固？

制作簡單的魯珀特之淚

時間回到現(xiàn)代社會，隨著科技的發(fā)展，玻璃已經(jīng)不再是脆弱的代名詞，一些特種玻璃（例如防彈玻璃等）質(zhì)地也非常堅固，也能夠擋住子彈的攻擊。

這些特種玻璃在生產(chǎn)過程中大多數(shù)都添加了很多特殊的物質(zhì)，使用了很多特殊的生產(chǎn)工藝。那么頭部異常堅硬的魯珀特之淚是否也添加了特殊的物質(zhì)或者使用了非常復(fù)雜的生產(chǎn)工藝呢？

事實上，魯珀特之淚就是普普通通的玻璃，沒有添加任何特殊的物質(zhì)改變玻璃的特性。在生產(chǎn)方面，制作魯珀特之淚的工藝非常簡單，只需先用高溫讓普通玻璃熔化，之后再讓熔化的玻璃液體自然地滴入冰水中即可。

頭部堅硬的秘密

一塊普通的玻璃為什么融化之后滴入冰水就能變得堅不可摧呢？這個答案直到20世紀90年代才被徹底破解。魯珀特之淚頭部之所以如此堅固，主要是在生產(chǎn)過程中其內(nèi)部注入了應(yīng)力。

高溫熔化的玻璃滴入冰水時，外邊的表層首先受冷凝固，但此時魯珀特之淚內(nèi)部玻璃還處于液體狀態(tài)，溫度依舊很高。隨著時間的推移，內(nèi)部的玻璃也開始冷卻，由于熱脹冷縮的原因，內(nèi)部的玻璃體積開始縮小，拉扯著外部的玻璃一起向內(nèi)收縮。

但是外邊的玻璃早已冷卻凝固成固體，無法回縮，因此就產(chǎn)生了一股互相拉扯的應(yīng)力。玻璃的主要成分是二氧化硅，在強大應(yīng)力的拉扯下，表層的二氧化硅分子間距會縮小，密度會增加，由此形成了一個堅固的外殼。

據(jù)科學(xué)家們推算，由于生產(chǎn)過程中內(nèi)外受冷收縮的不均勻，魯珀特之淚頭部中的壓應(yīng)力甚至可以達到7000兆帕。內(nèi)部巨大的壓應(yīng)力讓魯珀特之淚頭部變得異常堅硬，讓魯珀特之淚能在8噸的壓力之下保持完整。

魯珀特之淚的弱點

雖然魯珀特之淚頭部異常堅固，但是它的尾部卻非常脆弱，別說子彈射擊，就算輕輕一捏都可以讓整顆魯珀特之淚瞬間破碎成一地碎玻璃。那么，頭部堅固異常的魯珀特之淚，為何尾部如此脆弱呢？

這依舊和魯珀特之淚的生產(chǎn)過程有關(guān)。和頭部不同，魯珀特之淚的尾部體積較小，整體上呈現(xiàn)細長的造型。這樣一來，滴入水中之后，魯珀特之淚尾部的玻璃冷卻更快，表層和內(nèi)部的玻璃冷卻的時間差小，產(chǎn)生的壓應(yīng)力也就很小，失去了壓應(yīng)力的作用，魯珀特之淚的尾部自然會變得非常脆弱。

但是作為一個整體，魯珀特之淚表面只要有一處被破壞，其外殼和內(nèi)部的平衡就會被瞬間打破，內(nèi)部儲存的壓應(yīng)力會被瞬間釋放出來，產(chǎn)生“裂紋擴展”式的碎裂。

只需要一瞬間，裂紋就會擴展到魯珀特之淚的各處，讓魯珀特之淚變成一地碎渣。通過高速攝影技術(shù)，人們才測出了魯珀特之淚破碎時的裂紋速度居然高達1450-1900米/秒，是聲速的4倍以上。

科學(xué)原理的應(yīng)用

如今，這種在玻璃中加入壓應(yīng)力的生產(chǎn)方式已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了各種玻璃的生產(chǎn)過程中。例如我們常見的汽車風擋上的鋼化玻璃，在生產(chǎn)時就在表面形成了壓應(yīng)力。

這樣的做法讓這些玻璃的承載能力更高，抗風、抗寒、抗沖擊的能力更好。在目前的工藝條件下，生產(chǎn)出來的鋼化玻璃相比于普通的退火玻璃在抗沖擊能力上提升了5倍，抗拉度也提升了3倍左右。

另外，由于加入壓應(yīng)力的原因，一旦玻璃的一部分出現(xiàn)破損，那么應(yīng)力便會釋放出來，整塊玻璃會破碎成一堆沒有尖銳棱角的碎玻璃，這樣也更不容易傷人，保護了人們的安全。

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