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为什么“Prince Rupert's Drop”玻璃可以击碎子弹

不要被这滴看似脆弱的玻璃所迷惑，它实际上非常难以摧毁。 By Manasee Wagh Updated: Aug 04, 2023 12:29 PM EDT

• 对于玻璃制造者来说，“Prince Rupert's Drop”制作简单，但强度足以击碎一颗子弹。
• 一滴热玻璃在水中冷却的方式是其强度的秘密。
• 使得这种玻璃滴如此坚硬的物理原理，可以应用于轻薄而坚固的保护表面。

“Prince Rupert's Drop”由一个拉长成细长尾巴的玻璃泪滴组成，看起来像一只精致透明的小蝌蚪。折断它的尾巴很容易，但顶部的圆形玻璃滴本身呢？它坚硬得令人难以置信，你甚至无法用锤子打破它。

当玻璃制造者将熔融玻璃滴入冷水中时，它会凝固成一个带有超长尾巴的珠子。就像索伦的魔戒一样，你无法用斧头等重物击碎它。实际上，你需要子弹的速度和力量才能击碎它。更疯狂的是，即使是子弹在击中玻璃滴时也会碎裂。（请观看 SmarterEveryDay 制作的视频。）

魔法背后的科学

当子弹擦过玻璃滴的球体时，你可以看到一条白线从尾部开始，迅速向下蔓延。这是一种传播的冲击波。在玻璃滴形成过程中产生的压缩强度，以及撞击产生的残余应力，这两个因素导致了光滑玻璃近乎瞬时的破坏。在短短一瞬间，以每秒 10 万帧的速度拍摄的惊人序列显示，整个物体蒸发成闪闪发光的烟雾。玻璃不是向四面八方爆炸，而是在原地破碎，因为压缩和张力同时释放。

子弹本身由于玻璃头部释放其压缩力而碎裂。子弹碎片呈扇形飞散，嵌入装置后面的墙壁中。

玻璃在 2552 华氏度到 2912 华氏度之间熔化。当玻璃制造者将熔融玻璃珠滴入水箱中时，其表面迅速冷却，快速形成围绕液体内部的硬化外壳，类似于蛋清比内部蛋黄更快地煮熟。

内部的熔融玻璃继续冷却和收缩，尽可能向内拉动外层。内芯被紧紧压缩，这在玻璃滴中产生难以置信的张力。正是这种压缩力将各层结合在一起，形成由玻璃制成的坚固的减震器。表面张力有助于保持玻璃滴的完整性。

实际应用

Prince Rupert's Drop可能很有趣，但它们也提供了一个加强有用物体的机会——例如，一种特殊的坚韧玻璃可以覆盖我们的移动设备。

上面Corning公司视频中的 MythBusters 演示了 Gorilla Glass，这是一种看似精致的薄玻璃片，但实际上非常坚固。Corning 公司利用与 Prince Rupert's Drop 相同的抗压强度原理开发了这种玻璃。

这种玻璃通过一种称为 ion exchange 的工艺使其变得坚韧。在制造过程中，小的离子颗粒在表面形成。这些通常是带电的钠原子。为了强化表面，将玻璃浸入盐溶液中，导致较大的钾离子在玻璃表面与较小的离子交换位置。这些较大的颗粒对玻璃片的内部产生压力，从而紧密压缩它。

与 Prince Rupert's Drop 不同，Gorilla Glass 可以在制造过程中进行修改，以控制玻璃内部的张力，使其不会与压缩力竞争太多。在力的平衡下，玻璃获得强度。它仍然不是牢不可破的，但它可以为未来的手机等物品增加一层保护层。如果你的手机不小心掉在地上，如果它有一层薄薄的 Gorilla Glass 保护，你就可以松一口气了。

这里有一个额外的视频，展示了更多令人满意的 Prince Rupert's Drop 碎片。