世界上是否存在没有尾巴的鲁珀特之泪?

酋知鱼


“天然”形成的鲁伯特之泪是不可能没有尾巴的,但是这也不排除用“特殊手段”来制作没有尾巴的类似的鲁伯特之泪。下面,我略微详细地探讨一下。

1、什么是鲁伯特之泪

很多人可能不知道什么是鲁伯特之泪。鲁伯特是17世纪的一个王子,可能比较贪玩,或者比较好学,他把玻璃烧融化了,然后滴到水里。然后他发现,滴入水中后,冷却形成小蝌蚪状的玻璃制品,这个“小蝌蚪”有着非常特殊的性能:较大的头部非常坚硬,然而细细的尾巴却一碰就碎,更神奇的是,只要尾巴碎了,整个小蝌蚪瞬间就变成粉末。

鲁伯特之泪的头部究竟有多强?有人做过实验,子弹打不碎,普通液压机压不碎,如下图。

不过如此强大的头部,它的尾巴却是它的弱点。尾巴只要破裂,整个鲁伯特会变成粉末,如下图。

2、鲁伯特之泪的成型过程

为什么鲁伯特之泪会有这种神奇的特性?这得从它的成型过程说起。高温熔化后的玻璃,滴入冷水中。如下图,有条件的同学们可用用喷枪加热一段玻璃,下方用个水杯等着。当玻璃融化变成液体后,滴入下方的冷水中。由于融化的玻璃呈水滴状,冷却之后,这个水滴状得以保持。

从这个成型过程来看,过程非常的简单,这也是为何早在17世纪,就可以制作出鲁伯特之泪的原因。成型过程虽然简单,但是整个过程中发生的事情,其实不简单,而这才是形成鲁伯特之类独特性能的原因。

3、鲁伯特之泪的应力状态

实际上,关于鲁伯特之泪的特性研究,从来没有停止过。它独特性能的原因,也早已经被研究的非常透彻。根本原因在于外层形成了致密的压缩层,有着非常巨大的残余压应力。下图为鲁伯特之泪的应力分布光学图,从中明显看出来应力的层状分布。

在融化的玻璃进入冷水的过程中,外层迅速冷却收缩,然而内层依旧高温,融化的内部玻璃流体就会往上流动,最终会在未入水的外层往下挤压,从而让外层更加致密。整个过程非常短暂,因此会留下外部残余压应力和内部的残余拉应力。

就像钢化玻璃一样,外层的强大压应力紧紧地压迫着鲁伯特之泪,使得内部的内缺陷被牢牢的挤在一起,裂纹不会轻易地扩展。此外,在承受外界撞击时,是压缩载荷,内部的拉应力会得到缓解,从而可以承受更大的压缩载荷。

4、没有尾巴的鲁伯特之泪

从上面的鲁伯特之类的成型过程就知道,它的尾巴无法避免。因为滴入水中的液态玻璃由于自重的影响,必然是水滴状。所以,这种传统方法制作的鲁伯特之泪,是没有办法丢掉尾巴的。

根据鲁伯特之泪强大力学性能的原因:外层有较大的残余压应力,内层有残余拉应力。实际上,现代科技是可以生产出外压内拉的玻璃制品的,即:钢化玻璃。通过热处理或者化学的方法,实现这种外压内拉的应力分布。

根据鲁伯特之泪的成型过程,我们发现,只要让玻璃不出现细尾巴就可以了。所以,现代工业采用热处理生产钢化玻璃的时候,就是将玻璃加热到熔融状态,通过模具避免重力影响,然后再迅速冷却。

5、总结

鲁伯特之泪具有非常奇异的力学性能,这与其成型过程密切相关。在成型过程中,形成了外压内拉的应力分布,极大地提高了整体强度。传统方法制作的鲁伯特之泪,由于重力的影响,尾巴不可能不存在。但是,现代科技可以采用模具的方法,避免重力的影响,生产出没有尾巴的钢化玻璃。只是,没有尾巴,那就不再是鲁伯特之泪了。


PS:详细的力学分析,见我之前的青云文章:https://www.toutiao.com/i6669662695693746696/

力学Nerd王小胖


地球上应该不存在纯粹球形,没有尾巴的鲁伯特之泪,那么有没有可能制造一个呢?理论上在太空里烧化玻璃,然后用水把它裹住,就应该会形成完全球形,没有尾巴的鲁伯特之泪了吧?

当然,这只是一种理论上的想法,实际操作会出现什么情况谁也不知道,因为有重力的环境和没有重力的环境差异巨大。本来可以靠细细的尾部让压应力和拉应力保持平衡,从而形成头部特别坚强的鲁伯特之泪的,到太空里会不会因为没有重力,无法形成这种尾巴,反而导致玻璃珠快速冷却过程中发生其它意想不到的变化呢?比如出现裂缝或干脆就炸掉了?毕竟真要形成如此大强度且没有缺陷的玻璃珠,实在是太不可思议了。

地球上应该没有这样的环境条件,所以如果有人能设计这样一个实验,带到国际空间站或卫星上去试验一下,倒是挺有意思的,说不定能发现一种制造极端性质材料的好方法呢。



徐德文科学频道


鲁伯特之泪,指的是一种内部存在巨大应力的玻璃。据说这种玻璃的头部即便是子弹都打不破,然而尾部是其脆弱的地方,只需轻轻一夹,整个玻璃就会立刻碎裂成无数小颗粒。


一般的鲁伯特之类都会有一个常常的尾巴,是因为制作的时候,玻璃被加热融化后靠重力缓慢滴入水中的。但如果直接把已经融融好的玻璃,快速甩入水中,那么就不会残留那种细长尾巴。下面是一个现代化工艺制作好的鲁伯特之类,就不具有那种细长的尾巴。





鲁伯特之类之所以子弹都打不烂,是因为其表面具有巨大的压应力,而核心又具有拉应力。在融合的玻璃进入水面后,表面迅速凝固。然而玻璃内部却还是液体,之后内部开始凝固缩小,这会使得内部拉着已经凝固的外壳往里收缩,从而形成表面致密却具有巨大压应力的状况,而内部则是拉应力。正是这样的应力存在和分布,使得子弹即便达到头部,力道也会被应力抵消分散,从而十分坚固。



但是,尾部确是鲁伯特之类脆弱的地方。尾部至少少许损毁,那么应力就像山洪一样找到了释放的突破口,立即会使得材料四分五裂。


科学探秘频道


那不就是小时候玩的玻璃球嘛


旧花昔时


有没有人造出来我不知道,但是我觉得真想造出来以现代科技也不会太难。用火焰气流托起一滴融化的玻璃,玻璃滴在气流中悬浮一段时间,自然会收缩成一个球体。然后瞬间停止喷射火焰,让玻璃球落入下方水中急速冷却。没有尾巴的泪滴就造出来了


熵感


不请自来,你提出的这个问题是有问题的。

那就是你没有说清楚你说的鲁伯特之泪是自然形成的;还是人为产生的如果是自然生成的鲁伯特之泪是不可能没有尾巴的,可能很多人都不知道鲁伯特之泪是什么东西,其实鲁伯特之泪的制作原理很简单,你只需要拿一块玻璃然后将其融化第一滴掉入水中就得到了一块鲁伯特之泪了。
鲁伯特之泪


的,前端圆形部位可以承受极大的压力经过科学家计算至少可以承受8吨的重量,有人用液压机压过鲁伯特之泪,但是液压机把整个鲁伯特之泪压进了下方的铁板中,还是没有把鲁伯特之泪压碎,还有人甚至用步枪射击鲁伯特之泪,子弹都碎掉了也没有击碎鲁伯特之泪,可见鲁伯特之泪前端有多么坚固,甚至有人想过用鲁伯特之泪制作防弹衣,如果制造出没有尾巴的鲁伯特之泪,并成功制造出防弹衣那将会有巨大的用处,要知道鲁伯特之泪是用玻璃制造的价格非常低廉,但是和它的头部相比它的尾部就显得太不争气了,它的尾部只要用老虎钳轻轻一夹,整个鲁伯特之泪都会碎掉。

鲁伯特之泪的碎裂原理被称为,裂纹扩张而其碎裂的速度可以达到每秒1450米—1900米,那么它尾部为何会如此脆弱呢,其实原因就源于其内部压力的不均衡,当高温玻璃滴入冰水中时玻璃外表迅速冷却,玻璃外壳迅速硬化玻璃内部还是高温液体状态,但外部迅速冷却之后内部就会不均衡,这就是导致鲁伯特之泪尾部如此脆弱的原因。


动物档案


这个也不太懂,所有的张力所有的力度全都聚集在头部了,所以他不会破裂,如果从它的尾部开始击打的话,会很容易粉碎。

当很多力量聚在一个点的话,它是很难被瓦解的,很多筷子捆在一起就很难把它折断,而一根筷子是很容易折断的,是不是同样的一个道理呢?


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