Kodėl stiklas dūžta į raštus?
Trumpas atsakymas: Stiklas dūžta padrikai, nes maži stiklo įtrūkimai sufokusuoja įtempį ir leidžia įtrūkimams prasiveržti bei skrieti paviršiumi. Įtrūkimų šakojimosi ir susikirtimo būdas sukuria mums visiems pažįstamas voratinklių ir žvaigždžių formas.
Kas iš tikrųjų vyksta?
Stiklas yra kietas, bet trapus. Tai reiškia, kad prieš dūždamas jis daug nesilenkia. Maži įbrėžimai, burbuliukai ar aštrūs kampai yra silpnosios vietos, vadinamos defektais.
Kai stiklas yra smūgiuojamas arba netolygiai kaitinamas, įtempis sutelkiamas ties defektu ir prasideda įtrūkimas. Prasidėjus įtrūkimui, jis gali labai greitai įsibėgėti ir išlaisvinti sukauptą elastinę energiją. Greitai judantys įtrūkimai kartais skyla į šakas, sudarydami raštus.
Tikslus raštas priklauso nuo to, kur įtrūkimas prasidėjo, kaip greitai jis slinko ir kokio tipo stiklą naudojote. Raštas gali rodyti centrinį tašką, kur įvyko smūgis, ir linijas, kurios juda į išorę. Skirtingi stiklai, pavyzdžiui, grūdintas arba laminuotas stiklas, dūžta skirtingai, nes jie yra sukurti taip, kad kontroliuotų įtrūkimus.
Ką sako fizika
Įvardyti dėsniai / principai: Stiklo lūžio modelį paaiškina įtempių koncentracija ir Griffitho trapiojo lūžio teorija (Griffitho kriterijus), taip pat lūžio mechanika, apibūdinanti įtrūkimo plitimą ir išsišakojimą .
Stiklas kaupia elastinę energiją, kai yra įtemptas. Defektai, tokie kaip mažos duobutės, įbrėžimai ar intarpai, sukuria sritis, kuriose vietinis įtempis yra didesnis nei vidutinis įtempis. Griffitho idėja buvo ta, kad įtrūkimas tampa nestabilus ir išnyksta, kai įtrūkimo plėtimosi metu išsiskirianti energija yra didesnė nei energija, reikalinga naujiems paviršiams sukurti.
Greiti įtrūkimai medžiagoje sukelia įtempių bangas; šios bangos ir nedideli stiklo pokyčiai gali sukelti vieno įtrūkio suskilimą į šakas ir sudėtingus raštus.
Kaip mes tai žinome: Mokslininkai tiria stiklą laboratorijose ir naudoja didelės spartos kameras bei jutiklius, kad stebėtų įtrūkimų atsiradimą ir judėjimą, ir matuoja jėgas, reikalingas mėginiams sulaužyti . Lūžio mechanikos modeliai ir daugelis eksperimentų kartu paaiškina, kodėl įtrūkimai elgiasi taip, kaip elgiasi.
Pastebėk aplink
- Į lango stiklą, į kurį atsitrenkia kamuoliukas, iš smūgio vietos sklinda ilgos, aštrios skeveldros.
- Grūdintas (apsauginis) stiklas subyra į daug mažų, apvalių gabalėlių, kad sumažintų įpjovimų riziką.
- Laminuoti automobilių priekiniai stiklai įtrūksta, bet dažnai išlieka savo vietoje, nes gabalėlius laiko plastikinis sluoksnis.
- Terminis smūgis (karštas vanduo ant šalto stiklo) dėl netolygaus plėtimosi sukelia žvaigždės formos raštą.
- Stiklo meno kūriniuose arba priekinio stiklo stikle nuo vieno greito įtrūkimo gali atsirasti išsišakojusių „vorų“ raštų.
Išbandymas
Saldainio įtrūkimų modeliavimas
Sauga: Suaugusiųjų priežiūra ir akių apsauga; darykite tai virš rankšluosčio arba lauke, kad sugautumėte šukes; saugiai išmeskite sudaužytą saldainį.
Priemonės
- kietas skaidrus saldainis (pvz.
- paprastas ledinukas) arba kietas cukraus diskas
- rankšluostis
- mažas medinis pagaliukas arba šaukštas
- apsauginiai akiniai
- suaugęs pagalbininkas
Žingsniai
- Padėkite saldainį ant rankšluosčio, kad gabalėliai neišsisklaidytų.
- Užsidėkite apsauginius akinius ir paprašykite suaugusiojo laikyti saldainį.
- Staigiai bakstelėkite saldainio centrą mediniu pagaliuku arba šaukštu.
- Stebėkite įtrūkimų modelį ir tai, kur gabalėliai nuskrenda.
- Pakartokite bakstelėdami prie krašto ir palyginkite modelius. Ką tai rodo: Įtrūkimai prasideda smūgio taške ir juda į išorę, o pradinė padėtis keičia įtrūkimo modelį.
Žodžiai, kuriuos verta žinoti
- Įtempių koncentracija: vieta, kurioje jėga kaupiasi labiau nei aplink ją, dažnai šalia defekto.
- Trapumas: medžiaga, kuri staiga lūžta, užuot iš pradžių daug sulinkusi.
- Įtrūkimo plitimas: įtrūkimo augimo ir judėjimo medžiagoje būdas.
- Grūdintas stiklas: stiklas, apdorotas, kad būtų tvirtesnis ir dūžtų į mažus, saugesnius gabalėlius.
Dažni klausimai
Kodėl stiklas kartais įgauna žvaigždės formą?
Žvaigždės arba voro formos raštas atsiranda, kai įtrūkimas prasideda viename taške ir greitai slenka šakojasi į išorę.
Kodėl grūdintas stiklas sudužta į mažyčius gabalėlius?
Grūdintas stiklas yra specialiai kaitinamas ir vėsinamas, kad kauptų gniuždymo įtempį; jam dūžtant sukaupta energija suformuoja daug mažų skeveldrų, kad sumažintų sužalojimų riziką.
Ar mažas įbrėžimas gali sudužti stiklą?
Taip; maži įbrėžimai yra trūkumai, kurie sutelkia įtempį ir gali sukelti įtrūkimą, jei stiklas yra smūgiuojamas arba kaitinamas netolygiai.
Ar yra koks nors būdas sustabdyti raštų susidarymą?
Naudojant tvirtesnius stiklo tipus (grūdintą arba laminuotą) arba vengiant aštrių smūgių, sumažėja pavojingas dūžis.