弹玻璃球的规则是什么(弹玻璃球的技巧)
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2023-08-10
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玩玻璃球有很多种方法。我们经常玩的一个规则是,参与的伙伴拿出相同数量的玻璃球,放入画出的圆圈内,然后在远处画一条线。大家轮流打手中的母球,打到圆圈的玻璃球就是你的了。
玩玻璃球有很多种方法。你可以把玻璃球拿在手里。离开地面时,大拇指大多贴在食指第二关节上,玻璃球放在拇指尖。这种玩法适合在距离比较远的地方玩。
还有一个规定就是玻璃球不允许离开地面。一般有三种手法:食指或中指指尖贴在拇指关节上,适合贴地。拇指连着食指第二、三关节,食指伸直。这种打法适合坑坑洼洼的玻璃球。食指贴在拇指侧面,适合让玻璃球跳得高。
那时候大拇指侧面经常开裂,就是玩玻璃球。虽然疼得厉害,但只要开始玩玻璃球,就会忘乎所以,乐此不疲。孩子的快乐就这么简单,我真的很怀念。
2.弹玻璃球的正道貌岸然,却经不起手指轻弹的玻璃球。17世纪,德国鲁珀特王子送了几个蝌蚪形的玻璃球给英国国王查理二世。玻璃在1000多年前的西方非常普遍,把它作为礼物送给国王显然有点寒酸。
然而,当人们知道了这些玻璃球的奥秘后,它们就会成为非常特别的礼物。
因为这些蝌蚪形玻璃球的球形部分极其坚硬,无论你用什么东西砸它,都能保证完好无损,这超出了人们对玻璃的理解。
然而更奇怪的是,如果用手轻弹尾巴,它会瞬间断裂,甚至变成渣的那种。
这种玻璃球现在被称为“鲁珀特的眼泪”。很明显,它是以鲁珀特王子命名的,但这种玻璃球不是鲁珀特王子发明的。人们认为它的出现可以追溯到罗马时代。
鲁珀特王子只是把它带到了英格兰,但查理二世并没有把它作为杂技的道具(其实鲁珀特的眼泪在很长一段时间里都是作为聚会的道具),而是把它送到了皇家学会进行科学研究。
在接下来的400年里,鲁珀特的眼泪一直困扰着科学家。他们想不通为什么玻璃球可以这么结实,为什么尾部断裂会让整个结构坍塌。
图注:罗伯特·胡克
研究过它的科学家包括荷兰物理学之父康斯坦丁·惠更斯和发现胡克定律的英国物理学家罗伯特·胡克。
胡克可能是第一个给出相对正确的科学解释的人,但他没有把握住具体细节,也没有理解到尾部。
事实上,在2017年鲁珀特眼泪的秘密被彻底破解之前,比人们想象的要难得多。
2016年在网上疯传的一段视频中,子弹击中了鲁伯特眼泪的球体,子弹直接碎了,足以显示其实力。
鲁珀特眼泪的物理特性
其实制作一颗鲁珀特之泪很简单,只要把熔融的玻璃液滴入水中就可以了,但秘诀就在于这个制作过程。
当高温的玻璃液体遇到冷水时,玻璃的外部会瞬间凝固,但在同一瞬间,玻璃内部仍处于熔融状态,或者说内部冷却速度较慢。
由于热胀冷缩的作用,玻璃会热胀冷缩。这意味着随着玻璃内部逐渐冷却,它将收缩并将固体外层向内拉。
但由于外层已经固化,只能在分子水平上变得非常紧密,从而产生足够的力来对抗向内收缩的力,这种力被称为“拉应力”。
我们前面提到的向内收缩力叫做“压应力”。为了保证鲁珀特眼泪的形状,两种力量必须处于平衡状态。
玻璃球在受压时,拉应力会很容易增大,从而维持这种平衡,这也是它的球形部分非常坚固的原因。
事实上,虎克是第一个发现这一点的人,他想通过打磨玻璃球的外部来证明自己的想法,但他不明白事情的本质,尤其是为什么尾巴的触碰会导致整个玻璃球破碎。
为什么摸尾巴会撞车?
1994年,研究人员使用高速取景摄影观察玻璃球的破碎过程。他们得出的结论是,每个落点的表面,包括尾部,都承受着高度的压应力,而内部则承受着高度的拉应力,因此任何一个部分的破裂都会导致整个玻璃球的解体。
简单来说,只要有一个地方失去了这个力的平衡,就会瞬间释放储存的势能。这有点像你拉一根橡皮筋,然后放开,它会瞬间弹到另一边。
当然,鲁珀特的眼泪再强也只是玻璃,尾巴很细,会很容易被毁掉。
图例:图B压力变化
然而,当时研究人员无法通过技术手段了解压力是如何在鲁珀特的眼泪内部分布的。
直到2017年,科学家们通过红外线和透射偏光器了解了鲁珀特眼泪的应力分布,也清楚地知道了头部的表面压应力远高于此前的想象。
大约是700 MPa,接近大气压的7000倍。这个强度差不多能承受20吨的压力,但是这个表面的压力层也很薄,大概是液滴头直径的10%。
最后
其实现在鲁珀特之泪有一个非常著名的应用,就是钢化玻璃,就是利用鲁珀特之泪的原理改进的。
那么你可能也会想,毕竟玻璃是易碎的。如果把玻璃换成金属,可以做出更硬的金属版鲁伯特之泪,会怎么样?
简单的回答是不!
这是因为金属是晶体,它的原子排列是周期性的,这就导致它的每一部分都具有相同的性质,所以它无法像玻璃一样形成两种不同物理性质的结构,也无法做出金属版的鲁珀特之泪。
但确实有人尝试过,如上图所示,它甚至无法形成鲁珀特眼泪的形状。