「科普新知」鲁珀特之泪的秘密你知道吗？

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玻璃，是生活中常见的材料，主要由石英砂、硼砂以及石灰石等原料，再添加少量辅助材料，高温熔融而成。玻璃是我们生活中一种常见的易碎品，然而有一种玻璃制品——鲁珀特之泪，却能承受住液压机8吨压力的锤击，且丝毫不受影响。

相传在17世纪，鲁珀特亲王将一块玻璃高温熔化后自然滴落在冷水中，最终形成了一枚如眼泪般的透明物。一个名为“鲁珀特之泪”的名字便由此而来。鲁珀特之泪虽然坚固无比，但它也有弱点。鲁珀特之泪尖锐的顶端，只要稍有损伤便可爆裂。这又是为什么呢？

为了更好地解释鲁珀特之泪圆滑的底端具有超高强度的原因，就不得不提到钢化玻璃的结构。钢化玻璃又称为强化玻璃，是普通玻璃经过热处理、化学处理等工艺制成的。钢化玻璃表面存在着一层薄薄的压应力层，这便是其本身具有高抗压强度的原因。在压应力层的作用下，玻璃的结构更加紧密，尤其是其表层的内缺陷会被挤压，避免了裂纹的扩散。当钢化玻璃受到外部压缩力时，其内部的拉应力得到了抵消，从而能够承受更大的压缩力；当钢化玻璃受到拉伸力时，其表层的压应力得到了释放，从而提高了承受拉伸力的强度。

鲁珀特之泪的应力分布与钢化玻璃相似。融化的玻璃在接触水的瞬间，其外部最先冷却凝固，而内部却还是处于熔融状态。由于热胀冷缩的原理，随着玻璃由外向内逐渐冷凝，内部体积收缩变小，对外层形成了拉力，而外层也会对内部形成向外的拉力。但是鲁珀特之泪的尾部质量很小，其外层和内部的冷凝时间几乎相同，导致鲁珀特之泪的头部和尾部冷却时间不均衡，整体受力不均。

从物理定律上来说，压应力和张应力是同时存在的，两者大小相当，方向相反。鲁珀特之泪内部一旦出现应力不平衡的情况，哪怕是其尖端稍微出现一点凹陷，整体就会发生连锁反应。当内部超高张应力获得了释放空间时，玻璃就会发生炸碎。

鲁珀特之泪美丽坚硬又独特，不仅在外观上使人赏心悦目，在内部构造方面也让人叹为观止。

本文由北京市第六十五中学一级教师胡晓艳进行科学性把关。

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