小玻璃蝌蚪為何能承受如些高的錘擊

這種稱為魯珀特王子（Prince Rupert）滴的奇怪形狀，造成了一個困擾科學家400年的謎。

「一方面，頭部可以承受錘擊，另一方面，只要用最輕微的手指壓力，尾巴就可以被打破，在幾微秒內，整個東西就會打碎成細粉末，伴隨著尖銳的爆裂聲音，」研究印度尼西亞普渡大學工業工程教授兼材料加工與摩擦學中心主任Srinivasan Chandrasekar 在一份聲明中表示。

現在，一項新的研究顯示，這些小玻璃蝌蚪的頭部由於作用在水滴外部的壓縮力而具有如此不屈不撓的力量。研究發現，這些力量與某些形式的鋼鐵的壓縮力相媲美。

幾個世紀以來，科學家們對魯珀特王子的隕落之謎感到困惑。1994年，Chandrasekar和一位同事用高速攝像頭拍攝了每秒1百萬幀的畫面。錄像顯示，尾巴形成的微小裂縫迅速擴散到頭部。

錢德拉塞卡說，一旦這些裂縫達到足夠高的速度（大約1.5公里每秒），就會分裂成兩部分。然後這兩條裂縫達到足夠高的速度，分成兩部分，等等。最終，整個結構完全被無數小小的裂縫所覆蓋，他說。

錢德拉塞卡爾對「實況科學」說：「尾巴會折斷，但頭部會爆炸成粉末，而這部分實際上是相當壯觀的。

這個發現解釋了為什麼尾巴的捕捉很容易破壞結構。然而，自從這次調查以來，科學家們試圖解釋這些玻璃小玩意兒的力量和脆弱性的矛盾組合，但從來沒有拿出一個令人滿意的頭部近乎防碎性能的解釋。

堅強的頭腦

在新的研究中，Chandrasekar依靠一種稍微不同的技術，稱為集成光彈性，揭示了玻璃蝌蚪頭部的奧秘。該技術要求將物體放置在水池中，然後將偏振光波或定向在單一平面內的光穿過材料。材料內部的內部應力改變了光的偏振。通過特殊的濾波器觀察輸出光波的偏振，可以發現物體內部的內部應力 - 在這種情況下，是液滴的頭部和尾部。

事實證明，魯珀特王子的水滴頭部承受了非常高的壓縮應力 - 每平方英寸約50噸。（壓縮應力是單位面積的力量，它們一起擠壓）。

這些應力的形成是因為這些淚滴中使用的玻璃的種類 - 隨著熱量的劇烈膨脹 - 暴露於冷水時也會顯著收縮。在製造這些滴劑的過程中，將熔融玻璃浸入冷水中。當玻璃碰到水時，外部的冷卻比內部快。玻璃的外層則形成一種擠壓內部的「夾克」。由於內部仍處於冷卻狀態，並且因為作用於物體的總力必須等於零，所以頭部在其內部形成張應力，研究人員在他們的論文中報告，該文章發表在「應用物理快報」。（一般來說，拉伸應力是單位面積的內力，它把事物拉開 - 想像把一張紙撕成一半的行為，拉伸和壓縮應力作用在相反的方向上，因此相互抵消）。

水滴外側的壓應力防止斷裂的原因有點直觀; 壓縮將玻璃的原子擠得更近 - 所以他們沒有地方可去。在壓縮的情況下，裂縫也不容易移動。相比之下，大多數材料在拉伸時容易斷裂。

然而，即使這些抗嚼甜食最終也會在壓力下崩潰。例如，如果液滴的頭部被放在虎鉗裡面，並且壓力足夠大，他們最終也會變成粉末，儘管不像在尾巴捕捉過程中那麼壯觀，Chandrasekar說。

錢德拉塞卡說：「沒有什麼是牢不可破的。

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