@ 2017.05.14 , 22:00
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鲁伯特之泪怎么这么硬

研究者终于回答了自从17世纪就困扰科学家的一个问题:为什么名为“鲁伯特之泪”的蝌蚪形玻璃的头部这么硬?

在17世纪,德国的鲁伯特王子将某些玻璃滴带给了英格兰的查理二世,令其为之深深着迷。这种玻璃滴的头部十分坚硬,能承受锤子的重击,但其尾部却十分脆弱,甚至可以用手指扳断,并且随着尾部的断裂,整个玻璃滴也会立即化为齑粉。

将熔化的玻璃滴入冷水中,就能很容易做出鲁伯特王子的玻璃滴。虽然研究者们多年来均试图弄清如此独特性质的原因,但直到最近研究者才利用现代技术进行了仔细的研究。

鲁伯特之泪怎么这么硬
超载鸡献宝鲁伯特之泪。credit: 煎蛋画师六翼

1994年,普渡大学的S. Chandrasekar和剑桥大学的M. M. Chaudhri利用高速分幅照相法观察鲁伯特之泪的碎裂过程。他们总结出表面具有高压应力,而内部具有强张力,因此处于不稳定的均衡态,打破尾部就能破坏这种平衡。

但仍有一个问题有待解决,就是压力在鲁伯特之泪中的分布情况,这将有助于完全解释玻璃滴的头部如此坚硬的原因。

为此,Chandrasekar和Chaudhri开始与爱沙尼亚塔林理工大学的Hillar Aben教授合作。Aben的研究专长是透明三维物体中的残留应力,比如鲁伯特之泪。

在他们三人发表在应用物理快报上的新研究中,他们利用透射式光弹性仪研究鲁伯特之泪内部的压力分布。透射式光弹性仪是一种显微镜,能测量轴对称透明物体的双折射。

实验中,研究者将鲁伯特之泪悬浮在透明液体中,利用红色LED灯照射。通过利用光偏器,研究者测量了光穿过玻璃滴的光迟滞,并据此构建了整个玻璃滴中的压力分布。

研究表明头部的表面压应力远比先前所想更高——高达700兆帕,几乎是大气压的7000倍。并且表面压缩层也很薄,大约是头部直径的10%。

正如研究者所言,这使得玻璃滴头部具有极高的断裂强度。要打碎玻璃滴,就必须要要能将冲击传递到内部的张力区。而由于表面的裂缝会平行于表面延伸,因此无法到达张力区。反而最简单的办法是弄碎尾部,这样该部位的扰动就会传递到张力区。
大体上,研究者认为这一结果最终解释了鲁伯特之泪的秘密。

Chaudhri说道:“这一研究完全解释了头部如此坚硬的原因。我认为我们已经解决了该领域的大部分主要问题,不过也有可能会冒出一些新问题。”

论文原文:DOI: 10.1063/1.4971339

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。Lisa Zyga


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TOTAL COMMENTS: 27+1

  1. 3450756

    给画师跪了

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  2. 简单繁琐
    @3 months ago
    3450761

    尾部就是阿喀琉斯之腫

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  3. 3450763

    好奇,如果没有尾巴的话。。。

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  4. King5268
    @3 months ago
    3450764

    配图越来越强悍

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  5. 艾尼路
    @3 months ago
    3450766

    这画师水平不是一般触啊!

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  6. 啡一般
    @3 months ago
    3450774

    能否加一个功能,给插画点赞,甚至单独给插画打赏

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  7. 3450777

    插图有种摩尔庄园的感觉

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  8. 3450780

    一直很好奇如果用溶液把鲁伯特之泪溶解会怎样,会不会在某时刻瞬间爆炸

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  9. 三叉戟
    @3 months ago
    3450785

    如果把尾部融入另一个玻璃呢?

  10. 象大龙生
    @3 months ago
    3450793

    煎蛋搞成订阅嘛

  11. 3450796

    六翼的水准简直了~点赞

  12. 3450832

    你们谁看懂了?

  13. 正直者
    @3 months ago
    3450843

    @ZHZUXI: 这个做法就好比把压紧的弹簧丢到岩浆里化掉

  14. Azraeleo
    @3 months ago
    3450850

    @简单繁琐: 朋友,我看了好几遍才反应过来,你写的是“腫”,肿的繁体字。

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  15. 3450882

    谷歌到一本书写氢氟酸一开始腐蚀表面,一个小的Rupert Drop表面均匀溶解到一定程度 (1/16 inch) 的时候会发生破裂 。

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  16. Butters
    @3 months ago
    3450992

    等等,这不是原配图!?

  17. 简单繁琐
    @3 months ago
    3451024

    @Azraeleo:确实错了,应该是“踵”,没关系了,说明我离当上小编更近一步了

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  18. 3451031

    煎蛋画师这个称号听上去diaodiao的

  19. 阿了个乐
    @3 months ago
    3451073

    能不能作出球形的这玩意呢,超高强度的玻璃球

  20. 天塌入虚怀
    @3 months ago
    3451152

    如果在失重状态下熔融玻璃,然后浸入水中,是不是就可以造出近乎完美的球状鲁伯特之泪了

  21. 该死的识字课
    @3 months ago
    3451460

    @天塌入虚怀: 那么,问题来了,失重状态下,你要如何让熔炼的玻璃进入水中?掉下去显然是不可能了,喷射会让它产生变形,就不是完美的球形了

  22. 3451546

    水滴?

  23. 望咪止渴
    @3 months ago
    3451558

    那滴入液氦会怎么样?

  24. 筋鼓棒
    @3 months ago
    3451897

    有一个活跃画廊和文章的idea:
    每篇文章出来之后点进一个对应的画廊,蛋友可以上传自己的图片,oo最高的图出现在文章封面里。

  25. 3451904

    @啡一般: 长文章的视觉冲击力自然比不上彩色图片 但是配图毕竟是配图 稍稍考虑一下翻译文章的作者的心情的话 还是不要比较好030

  26. 3452155

    @阿了个乐: @天塌入虚怀: @该死的识字课:
    不然钢化玻璃怎么来的。理论上可以更高强度,实际上用不到。超高硬度又怎么样,使用中还是会有划痕,只要有一点划痕,就会立刻粉碎。面积大的还可能因为内部应力不均匀自己爆了。没什么意义。现在很多高硬度玻璃是离子交换得到的,比如大金刚。

  27. 3452160

    子弹撞击到鲁伯特之泪的头部都碎了http://www.bilibili.com/video/av1 0 4 1 5 9 9 4/

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