銃弾でも砕けないのに、なぜルパートの涙はそんなに魔法の力があるのでしょうか？

「ルパートの涙」と呼ばれる非常に興味深い小さなものがあります。

本質的には水滴の形をしたガラス製品ですが、このガラスの水滴の先端部分が非常に硬いのが特徴となっています。ナイフ、斧、ハンマーなどでダメージを与えることはできません。ピストルで撃たれても弾丸で粉々になりますが、ルパートの涙はそのまま残ります。ガラス製品がこんなに硬いというのは確かに驚きですが、それだけだと面白くありません。頭部の硬さに比べ、ルパートの涙の尻尾は非常に脆い。ほんの少し入れるだけで粉々に砕けます。そして粉々に砕け散るのは尻尾だけではなく、ルパートの涙全体です。こんな面白いものってどうやって作られるんですか？実際のところ、これはハイテク製品ではありません。その誕生は17世紀にまで遡ります。

ルパートの涙は、チャールズ1世の甥であるルパートによって最初に作られたことからルパートの涙と名付けられており、製造方法も非常にシンプルです。

ルパートはガラスを溶かし、溶けたガラスを冷たい水の中に自然に滴らせました。こうして雫型のガラス製品が誕生しました。それはルパートの涙です。こんなに単純な製造工程で、こんなに興味深い物が作れるのでしょうか?どのような物理原理が関係しているのでしょうか?ここで関係する主要な物理学の概念は「応力」です。いわゆる応力とは、物体が外力を受けたときに、その外力の作用に抵抗するために物体の内部部品間に発生する相互作用力を指します。異なる力に応じて、圧縮応力と引張応力に分けられます。名前が示すように、圧縮応力は物体の圧縮傾向に抵抗する応力であり、引張応力は物体に伸張傾向を持たせる外力に対する物体の反力です。

これが明確でない場合は、実際の例を挙げてみましょう。

私たちは段ボールを使って2つのテーブルの間に簡単な橋を作り、その上に携帯電話を置くと、橋はすぐに崩壊しました。この段ボールをアーチ型に曲げて、その上に携帯電話を置くと、携帯電話が持ちこたえられるようになります。これは、変形によって段ボールに強い圧縮応力が加わり、上記の増加した重量に耐えることができるためです。圧縮応力について理解できたので、次はルパートの裂傷について見てみましょう。熱いガラスが溶けて冷たい水に落ちると、冷気に触れてすぐに固まりますが、固まるには一定の順序があります。ガラスの最も外側の層が最初に固まりますが、内側はまだ完全に冷えていません。これにより、外側はすぐに冷えて固まりますが、内側はゆっくりと冷えて固まるという違いが生まれます。

熱膨張と収縮により、冷却プロセス中にガラスの内側が固化した外層を内側に引っ張り、ますますきつく締まり、ガラスの外層に強い圧縮応力が形成されます。継続的な内部収縮により、ガラスの内層に強い引張応力が形成されます。

物理学者の中には、ルパートの涙の圧縮応力が大気圧の 7,000 倍に達すると考える人もいます。これほど大きな圧縮応力があれば、ピストルどころか青い炎を発するガトリング砲でさえも破壊できないかもしれない。では、ルパートの涙の尾はなぜそんなにもろいのでしょうか?理由は簡単、尻尾の面積が小さすぎるからです。圧縮応力が強いにもかかわらず、面積が小さいため、少しの力で破損してしまいます。尾が折れると、ルパートの裂け目全体の内部の圧縮応力と引張応力のバランスが崩れ、ルパートの裂け目全体が折れてしまいます。

ルパートの涙に初めて触れた人は、この小さなものが魔法のように感じるのが普通ですが、実際にはまったく魔法ではありません。なぜなら、このものは私たちの周りのいたるところにあり、私たちはそれを「強化ガラス」という別の名前で呼んでいるからです。

そうです、強化ガラスはルパートの涙の原理に基づいて作られています。また、ガラスを外側から内側に向​​かって徐々に冷却し、内部に強い圧縮応力を発生させることで、ガラスの強度も向上します。しかし、強化ガラスは形状の制約により、その強度は涙型のルパートの涙とは比較できず、強化ガラスは銃弾から保護できません。強化ガラスは銃弾からは守れませんが、通常の工具でガラスを割ることは不可能です。

強化ガラスを簡単に破壊する方法はありますか？もちろん、ルパートの涙を破壊するのにも同じ方法が使われました。

ルパートの涙の最も脆弱な部分は尾部であり、強化ガラスの最も脆弱な部分は角です。強化ガラスの角に小さな石が強く当たるだけで、ガラス全体が粉々に砕けてしまいます。これで、車内に閉じ込められたときに窓の角をノックしなければならない理由がお分かりいただけたと思います。車の窓は強化ガラスでできているからです。窓の角に小さな棒を差し込み、そっとこじ開けるだけで、窓全体が粉々に砕け散ります。強化ガラス製のガラスドアや窓は、軽く押すだけで爆発することがあります。何が起こっているのか？ほとんどの場合、砂や石などの不純物が壊れやすい角に詰まっています。このとき外力が加わると、自己爆発のように粉々になってしまいます。

詳細については、公式アカウントをフォローしてください：sunmonarch