普通玻璃制成的鲁伯特之泪,为什么能把子弹都撞碎?

将烧红的玻璃融化后滴入水中,形成的蝌蚪状物质被称为鲁伯特之泪,这项工艺极其简单,但就是这个普通的玻璃制品和手枪子弹相撞,竟然把子弹撞碎,自己却没事。

同距离下,需要用威力更大的AK47的7.62mm子弹或狙击枪子弹才能将它击碎。

为什么普通玻璃制品也能如此坚硬?

玻璃融化后滴入水中的瞬间,外层玻璃迅速冷却变成固体,内层玻璃被包裹尚处于高温液态,当内层玻璃逐渐冷却时会出现热胀冷缩效应,紧紧地拉着外层玻璃向内收缩,这使鲁伯特之泪的外层玻璃受到向内的压应力,为了抵抗这个应力不让玻璃崩盘,玻璃的主要组成物质二氧化硅会在外层紧密结合,分子间距离减小产生张应力与压应力抗衡,这两个力一直处于平衡状态,当外界在鲁伯特之泪的头部施加压力时,张应力会增大继续保持平衡,这就是鲁伯特之泪坚不可摧的原因。

但玻璃始终是玻璃,一旦压力超出它的断裂强度临界值时也会破碎。

物理学家通过光偏器和红外光照射,构建了整个鲁伯特之泪内部的压力分布,显示头部的表面压力达到了700兆帕,约为7000个大气压,这个强度可以抵抗20吨的液压力量,和高速飞行的子弹碰撞也不落下风。

鲁伯特之泪的外层强度高是以牺牲内层强度为代价实现的,力的作用是相互的,外层玻璃被向内拉,内层玻璃也同样被向外拉。如果可以直接破坏内层释放应力,整个鲁伯特之泪将彻底瓦解。就像拔河比赛中一方突然放手,另一方就会猛然倒地,鲁伯特之泪尾部的点是最靠近内层的,尾部所产生的应力也小,所以只要对尾部稍加作用力,手指轻轻一掰,整个玻璃内部力的平衡就会被打破,像多米诺骨牌一样瞬间瓦解。

高速摄影技术观测应力在玻璃上释放产生裂纹的速度,可达2000米/秒。

我们现在用的钢化玻璃就是在鲁伯特之泪的基础上改良的,钢化玻璃的成分与普通玻璃相同,将玻璃均匀加温到550℃的塑性状态后进入风栅急速冷却,此时玻璃会形成表面为压应力中间为张应力的永久性力学状态,一旦形成后就无法对玻璃进行机械加工,否则会整体粉碎。鲁伯特之泪的原理,同样也应用在了苏联T64B坦克的第一代抗冲击复合装甲上。

脆弱的玻璃可以变成坚硬的鲁伯特之泪,那么将熔融态的金属滴入水中,能产生更坚硬的物质吗?玻璃是无规则结构的非晶体物质,而金属是晶体物质,晶体物质内部原子排列顺序具有周期性,所以各部分的相对密度、膨胀系数、导热率等性质都相同,无法产生像玻璃一样的内外层物理性质具有差异的物质,所以答案是不能。

实验表明,利用同样的方式制作金属鲁伯特之泪,熔融金属滴入水中形成的物质形状千奇百怪,即便人为地将金属融化制作成形状与鲁伯特之泪一样,也不具有特殊的物理性质。