正文

2. 家里的科學(9)

北極熊會覺得孤獨嗎? 作者:(英)米克·奧黑爾


正如我們前面提到的,在我們重復說明玻璃流動的神話之后,《新科學家》的讀者給了我們真正的批評。因此我們把所有原始的答案寄給John Parker,他是Sheffield大學玻璃學和玻璃工程領域的讀者。--編者按

這種玻璃流動的觀點當然是錯誤的。本節(jié)的問題告訴我們,玻璃杯是粘在了存放它們的架子上,所以當杯子的主人試著移開杯子時,這種粘著狀態(tài)會在移動過程中引發(fā)足夠大的應力從而導致杯子破裂。有必要考慮兩個問題,即為什么杯子會被粘???以及為什么會發(fā)生個別的破裂?

對移動杯子之后留在杯架上面的痕跡做一下認真的檢查也許會提供一些線索。雖然玻璃并不流動,但卻可以受到液態(tài)水的緩慢浸蝕,隨著時間的增加,水和玻璃相互反應的結果也許已經形成了與杯架之間的微弱粘結。玻璃板如果貼放在一起,在炎熱、潮濕的氣候下水汽凝結和蒸發(fā)交替發(fā)生,那么這種粘結作用將是個嚴重問題。即使短時間存放之后,玻璃板也會發(fā)生粘結。還有必要知道杯子是不是濕著就放到柜櫥中,或者存放的環(huán)境是否潮濕,以致在較長存放時間當中,水分又會對杯子進一步浸蝕。

如果杯架上有塑料涂層,也會加劇上述這種作用。因為發(fā)生流動、受到日照等,塑料確實會隨著時間產生變化。這樣,杯架上的塑料涂層甚至有可能在玻璃杯和架子之間形成氣密性封口,由此造成的杯子內外氣壓差異也會有利于這種粘結情況的發(fā)生。

杯子整齊的玻璃斷口表明,沿著杯子四壁傳播的破裂是較小外力作用的結果。在這種條件下,裂口表面趨于平滑,并且裂隙處不會產生尖刺。裂隙應該從一個靠近杯子背面(離拿杯子者較遠的一面--譯著)上的點開始。在那個位置上,扳動杯柱的動作還產生了使之彎曲的應力,這個力在杯子的外表面呈現為張力。借助放大鏡觀察也許能夠確定破裂的起始點。裂隙一旦產生便會很容易地沿著整個杯沿行進。

但是為什么裂隙會出現呢?要么所施加的應力在局部十分強,要么是杯子表面上的某個關鍵點有瑕疵只能承受較低的應力。造成這種情況的原因,可能是玻璃中存在較薄的區(qū)域,或者因為杯子制作時退火過程中玻璃內部形成了額外內應力。不過,像前面回答中提到的鉆石戒指劃痕那樣的硬傷,能夠提升裂隙點的應力水平,提升的程度要受材料脆性等級大小的影響。脆性材料是那種在應力之下不發(fā)生流動的材料,如玻璃。和上面描述的情況相類似的某種缺陷,最有可能是對問題的正確解釋。


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