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神奇的“小蝌蚪”

17世纪时,英国王室喜欢玩一种蝌蚪形状的透明玻璃,这种玻璃的形状很有趣,有一个粗圆的头部和一个细长弯曲的尾巴。但它的有趣之处不在于其形状,而在于其神奇的性质——捏着这种玻璃的头部撞打,甚至用重锤敲击都无法让它出现一条裂纹,它坚硬得就像铸铁一般。但是它的尾巴却碰不得!若是它的尾巴不小心碰到坚硬的物体上,尾巴就会被碰断,而一旦尾巴被碰断,那刚才重锤都击不碎的蝌蚪玻璃马上就会粉身碎骨。更不可思议的是,它的身体粉碎的速度快得让人感觉那是在爆裂! 这个神奇的物件不但性能神奇,样子古怪,连名字都怪得让人摸不着头脑。它的名字叫“鲁伯特王子的液滴”。据说,17世纪一位名叫鲁伯特的王子喜欢拿它捉弄别人,并把它引入英国王室,于是这个物件就因此得名。其实它的发明与鲁伯特王子一点关系都没有,到现在也没有人知道“鲁伯特王子的液滴”到底是谁发明的。不过,它的制造倒是很简单,把一滴炽热的玻璃液滴滴入冷水中,落入水中的液滴拖着丝线般的尾巴在冷水中快速冷却,最后就形成了玻璃蝌蚪——“鲁伯特王子的液滴”。 到现在为止,有不少见到鲁伯特王子液滴的人都被其神奇性能所困惑和吸引。许多材料学家也因此认真研究过它:是什么赋予了玻璃蝌蚪如此神奇的性能? 目前的解释是这样的:玻璃液滴落入水中后,最外层被快速冷却凝固下来,但是内部还长期保持液态,随着逐渐的热量传导,玻璃内部才渐渐冷却下来。由于玻璃是属于热胀冷缩的物质,玻璃外部首先冷却,保证了玻璃的体积和形状不再变化,而内部的玻璃冷却后,体积缩小,空出的部分形成内部的真空,于是玻璃表面就受着均匀的向内的压力,这个压力让外层玻璃分子之间相互挤压,从而变得异常坚硬,就像鸡蛋外壳在受力均匀的情况下,也可以承受不可思议的重压一样。 但是尾巴毕竟太细了,一旦断裂,裂缝就会在紧绷的玻璃中迅速传播开去,这个过程在科学上叫“裂纹扩展”。这就像一个结冰的湖面,如果局部出现了裂缝,冰面没有受压的情况下,裂缝不会扩展和传播,但是若有重物给冰面施加压力,冰面局部的裂缝很快就会传播到整个湖面,导致湖面的冰稀里哗啦全部裂开。 据高速摄影观察,玻璃蝌蚪的裂纹传播速度可达每秒1450米~1900米,也就是每小时6000千米左右!整个玻璃就像突然爆炸了一样,被炸得粉碎。研究者在演示它的时候都需要在玻璃瓶中演示,否则,其爆裂的碎粉甚至会迸溅伤人! 今天,科学家正想着给这个神奇的物体找个合适的舞台展现自己的才能呢。 “鲁伯特王子的液滴”的神奇之处说明了物质材料在急冷时可能会出现的特殊性质,工业上经常利用合适的冷却过程来获得合适性能的材料,钢化玻璃就是一个典型的例子。

余鱼

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