Ако можете да хвърлите игла към стъкло със силата и прецизността на монаха от Шеолин Фън Фей, стъклото може да се счупи.
Фей демонстрира способността си да хвърля игла, достатъчно твърда, за да пробие стъкло, като от другата страна е закрепен балон във видеоклип, създаден за YouTube от The Slow Mo Guys. В някои от забавените кадри на ултра бързия трик се оказва, че иглата всъщност пробожда стъклото. В други изглежда, че просто спуква стъклото с достатъчно сила, за да изпрати частици, които да стигнат балона.
И в двата случая това е забележителен подвиг. Когато The Slow Mo Guys се опитаха да го направят сами, успяха само леко да одраскат съъклото.
Но какво се случва?
Без да се знае точно масата, дебелината и химическия състав на стъклото и иглата, трудно е да се каже колко бързо се движи иглата или с каква сила е хвърлена. Но това, което знаем, е, че стъклото има някои много необичайни свойства, заради които да се хвърли иглата към него е нещо съвсем различно от това да се хвърли игла към дърво или метал.
Този трик кара стъклените молекули да се разместят.
Джеймс Сетна (James Sethna) е теоретичен физик в Университета Корнел и отделя голяма част от изследванията си за странните свойства на стъклото. Той заяви за Live Science, че този трик преодолява началното съпротивление на стъклото срещу счупване.
"Стъклото е изключително трудно да се счупи", обяснява той, "освен ако няма пукнатина. Веднага щом се развие пукнатина, то става много слабо".
Това се дължи на неговата странна химическа структура.
В твърдия метал молекулите не са особено добре подредени и лесно се притискат една към друга при натиск. Кристалите като лед или диаманти образуват твърди, трудни за разкъсване молекулярни решетки. Когато стъклото замръзне, не се образува обаче структурирана решетка, но молекулите все пак формират твърди ковалентни връзки една с друга. Те нямат здравата молекулярна подредба на кристала, но не са достатъчно гъвкави, за да се справят със значително преместване.
"Ако натиснете непокътнато стъкло на прозорец, пръстът ви притиска стъклото, но връзките в стъклото го задържат на мястото му, въпреки че бутате част от него", коментира физикът.
Стъклото непосредствено под върха на пръста използва връзките си, за да преразпредели част от натиска към своите съседи, които го разпределят към своите съседи и т.н.
Когато стъклото започне да се пропуква, тази система на разпространение не действа добре и връзките започват да се чупят и резултатите могат да бъдат катастрофални.
"Ако стъклото, което натискате, има пукнатина, разпределението на напрежението не може да премине отвъд пукнатината. То се движи покрай пукнатината, докато стигне до върха й, а след това изведнъж целият товар се фокусира в малък участък” - обяснява Сетна.
На ниво химически връзки стъклото всъщност е невероятно здрава субстанция, по-малко податлива на микроскопични пукнатини от стоманата. Но е достатъчно няколко от връзките да се прекъснат, лесно е останалата част от структурата да се разруши.
(Между другото, това е вярно не само за силициевото стъкло, от което се правят повечето прозорци. Стъклото (аморфните материали) включва всички такива твърди, хаотично организирани твърди вещества - включително бонбоните, например.
|
Кристални тела
|
Аморфни тяла
|
|---|---|
 Кристалната решетка на кварц SiO2 |
 Молекулярна схема на стъкло SiO2 |
| Илюстрации: Sólido amorfo | |
|
подредена структура, повтаряща се в в трите пространствени измерения навсякъде в материала
|
липсва подредена структура, без определени форми и повърхности.
|
|
анизотропни - имат различни свойства в различни направления
|
изотропни
|
|
точно определена температура на топене или кристализация
|
няма точна температура на топене, а материалът постепенно се размеква.
|
За да пробие стъклото, според Сетна, иглата трябва да е много твърда и да не се огъва под натиск.
"Ако някой хвърли гумена топка по прозореца ви, дори много, много силно, той вероятност няма да се счупи", казва физикът.
Но един камък със същата маса, покрита с остри ръбове, хвърлен също толкова силно, ще разпредели силата си в малък участък на контакт и няма да се огъне при удар. И е вероятно ще разбие стъклото.
Според Сетна трикът да прекараш игла през стъкло се състои в следното: твърда игла, хвърлена достатъчно силно, ще създаде пукнатина в стъклото. След като веднъж е направена пукнатината, няма нужда от голяма сила, за да премине през останалата част от пътя си.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Последни коментари