2. 家里的科学(9)

正如我们前面提到的,在我们重复说明玻璃流动的神话之后,《新科学家》的读者给了我们真正的批评。因此我们把所有原始的答案寄给John Parker,他是Sheffield大学玻璃学和玻璃工程领域的读者。--编者按

这种玻璃流动的观点当然是错误的。本节的问题告诉我们,玻璃杯是粘在了存放它们的架子上,所以当杯子的主人试着移开杯子时,这种粘着状态会在移动过程中引发足够大的应力从而导致杯子破裂。有必要考虑两个问题,即为什么杯子会被粘住?以及为什么会发生个别的破裂?

对移动杯子之后留在杯架上面的痕迹做一下认真的检查也许会提供一些线索。虽然玻璃并不流动,但却可以受到液态水的缓慢浸蚀,随着时间的增加,水和玻璃相互反应的结果也许已经形成了与杯架之间的微弱粘结。玻璃板如果贴放在一起,在炎热、潮湿的气候下水汽凝结和蒸发交替发生,那么这种粘结作用将是个严重问题。即使短时间存放之后,玻璃板也会发生粘结。还有必要知道杯子是不是湿着就放到柜橱中,或者存放的环境是否潮湿,以致在较长存放时间当中,水分又会对杯子进一步浸蚀。

如果杯架上有塑料涂层,也会加剧上述这种作用。因为发生流动、受到日照等,塑料确实会随着时间产生变化。这样,杯架上的塑料涂层甚至有可能在玻璃杯和架子之间形成气密性封口,由此造成的杯子内外气压差异也会有利于这种粘结情况的发生。

杯子整齐的玻璃断口表明,沿着杯子四壁传播的破裂是较小外力作用的结果。在这种条件下,裂口表面趋于平滑,并且裂隙处不会产生尖刺。裂隙应该从一个靠近杯子背面(离拿杯子者较远的一面--译著)上的点开始。在那个位置上,扳动杯柱的动作还产生了使之弯曲的应力,这个力在杯子的外表面呈现为张力。借助放大镜观察也许能够确定破裂的起始点。裂隙一旦产生便会很容易地沿着整个杯沿行进。

但是为什么裂隙会出现呢?要么所施加的应力在局部十分强,要么是杯子表面上的某个关键点有瑕疵只能承受较低的应力。造成这种情况的原因,可能是玻璃中存在较薄的区域,或者因为杯子制作时退火过程中玻璃内部形成了额外内应力。不过,像前面回答中提到的钻石戒指划痕那样的硬伤,能够提升裂隙点的应力水平,提升的程度要受材料脆性等级大小的影响。脆性材料是那种在应力之下不发生流动的材料,如玻璃。和上面描述的情况相类似的某种缺陷,最有可能是对问题的正确解释。

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