對於那些不熟悉魯珀特之淚頭部的人來說,這個奇怪的科學之謎是一個看起來很簡單的玻璃物體,它是由熔融的玻璃滴入非常冷的水中形成的。這個過程產生了各種各樣瘋狂的物理性質,我們稍後會詳細討論,但最終的結果是一塊淚滴狀的玻璃,在球狀的頭部幾乎是不可打碎的,但在細長的尾部受到輕微的壓力就會破碎。
自17世紀以來,物理學家們一直痴迷於這些「牢不可破」的玻璃滴。但是如果你用子彈射擊會發生什麼?在2016年的一段視頻中,來自Smarter Every Day的德斯汀用最新的技術找到了答案,以每秒15萬幀的驚人速度記錄了整個過程。
那麼,這是怎麼回事呢?正如你在上面的視頻中看到的,拍攝魯珀特之淚的墜落通常也會使玻璃物體碎掉,但這並不是因為在厚的一端打碎了玻璃。
在精彩的慢動作中,你可以看到子彈在寬落點上碎裂,發出衝擊波,震動結構的其他部分,導致薄的一端斷裂,導致整個結構爆炸。要理解這是如何運作的,你首先需要理解為什麼魯珀特之淚的頭部如此奇怪。
當魯伯特王子的水滴被製造出來時,熔融的玻璃被倒入極冷的水中,導致水滴的外部幾乎立即冷卻凝固,而內部則保持熔融狀態,冷卻速度更慢。由於熱膨脹,玻璃在熱的時候想要膨脹,在冷的時候想要收縮。
這意味著當玻璃內部的熔融物逐漸冷卻時,它會收縮並將固體外層向內拉。但因為外層已經固化了,這只會讓整個東西變得更緊,讓魯伯特王子的球根末梢變得堅不可摧,結果是防彈的。
但是因為玻璃的外層承受著極高的壓縮應力,而內部承受著極高的拉伸應力,一旦一個環節被打破,整個結構就會爆炸,消耗掉儲存的內部能量。這就是當水滴後面脆弱的細端被打破時所發生的事情,它釋放出所有被壓抑的能量,這就是為什麼整個東西粉碎的原因。
現在我們知道,這些令人難以置信的玻璃碎片更令人著迷,因為當以正確的角度射擊時,它們也能承受0.22口徑步槍的子彈。事實上,如果你看完,你會看到魯珀特之淚的一顆水滴上留下的痕跡,只是被子彈擦過,甚至沒有破裂。太神奇了。