Bí mật bất ngờ về giọt thủy tinh nóng chảy khi nhỏ vào nước lạnh

Nếu để nói về thủy tinh, có lẽ không có quá nhiều bất ngờ khi nhiều người khi được học đều đã có những kiến thức cơ bản trong hóa học về thành phần cấu tạo, tính chất cũng như ứng dụng của nó trong đời sống. Tuy nhiên bạn đâu có biết rằng bí mật về giọt thủy tinh cứng hơn đầu đạn có tên là Rupert vào thế kỉ XVII. Vậy bí mật đó là gì, khám phá ngay thôi nào!

Đặc điểm chung của thủy tinh

Thủy tinh cực phổ biến với cuộc sống con người trong mọi đồ vật. Thủy tinh trong suốt, cho ánh sáng truyền qua, là chất rắn nhưng vô định hình. Đặc biệt, thủy tinh cực kì dễ vỡ. Bạn chỉ cần đánh rơi một chiếc cốc, một chiếc bát từ trên bàn thôi là chúng đã nói lời tạm biệt với bạn rồi. Thủy tinh hiện nay có giá rất rẻ nên được sử dụng rất rộng rãi.

Thủy tinh là gì?

Bí mật của giọt thủy tinh đạn bắn không vỡ

Vào thế kỉ XVII, hoàng tử Đức có tên là Rupert đã dâng lên vua Charles II những giọt thủy tinh cứng tới độ có thể chịu được lực đập của búa mà không hề bị vỡ. Không những thế, giọt thủy tinh này còn có thể làm sứt các bề mặt nơi mà nó tiếp xúc trong quá trình chịu lực.

Giọt thủy tinh có thể chịu được lực nén rất lớn

Theo đó, những giọt thủy tinh được tạo ra bằng cách đốt nóng chảy thủy tinh và nhỏ vào cốc nước lạnh. Khi đông lại sẽ tạo ra những giọt thủy tinh mang nhiều bí mật.

Giọt thủy tinh Rupert có thể chịu lực mạnh như thế nào?

Các nhà khoa học đã nghiên cứu và phát hiện ra rằng đầu giọt thủy tinh có thể đựng được chịu áp suất lớn gấp gần 7.000 lần áp suất khí quyển, cũng có khả năng chống chịu viên đạn bắn vào ở cự ly gần. Kì lạ hơn, một viên đạn được bắn ra đối đầu với đầu của giọt thủy tinh có thể bị vỡ vụn mà giọt thủy tinh này lại không hề bị xước xát hay vết nứt nào cả.

Nếu bạn không tin có thể thử thí nghiệm mà xem: đốt nóng một chiếc đũa thủy tinh bằng ngọn đèn hidro hoặc axetylen cho nóng chảy rồi nhỏ vào cốc nước là được.

Giọt thủy tinh cũng mềm yếu mong manh

Mặc dù mạnh mẽ, cứng rắn là vậy nhưng những giọt thủy tinh vẫn có thể vỡ vụn nếu như bạn bẻ vỡ phần đuôi của nó. Điều kì lạ là khi bẻ vỡ phần đầu thì toàn bộ giọt thủy tinh cũng tan vỡ theo. Đây là điểm lý thú mà hàng trăm năm qua chưa có nhà khoa học nào có thể lý giải được.

Tuy nhiên, ngày nay khi khoa học phát triển thì chúng ta mới có được câu trả lời xác đáng nhất. Vào năm 1994, tiến sĩ Srinivasan Chandrasekar, một giáo sư kỹ thuật của trường Đại học Purdue cùng tiến sĩ Munawar Chaudhri, trưởng khoa vật liệu ở Đại học Cambridge đã dùng kỹ thuật chụp ảnh tốc độ cao để quan sát quá trình giọt thủy tinh vỡ vụn. Theo đó, các nhà khoa học đã có những kết luận quan trọng:

Phần bề mặt của giọt thủy tinh có thể chịu được lực nén vô cùng cao, trong khi đó phần bên trong lại chịu lực kéo lớn. Lực nén khiến cho vật liệu bị ép chặt trong khi lực kéo kéo giãn vật liệu. Điều này làm cho giọt thủy tinh ở vào trạng thái không ổn định, có thể dễ dàng chịu tác động khi bẻ gãy phần đuôi. Tuy nhiên hai nhà khoa học vẫn chưa thể xác định được lực tác động vào giọt thủy tinh phân phối như thế nào.

Không đạt được tất cả các mong muốn như ban đầu, hai nhà khoa học lại tiếp tục bắt tay vào nghiên cứu mới. Lần này họ đã cộng tác với tiến sĩ Hillar Aben, một giáo sư ở Đại học Công nghệ Tallinn tại Estonia, một người có chuyên môn trong việc xác định áp lực còn lại bên trong những vật thể ba chiều trong suốt. Sau quá trình nghiên cứu, nhóm đã đưa ra được những kết luận quan trọng:

Phần đầu giọt thủy tinh có độ cứng chịu được lực nén bề mặt cao hơn rất nhiều lần so với suy đoán trước đây, ước tính rằng nó có thể chịu được áp suất lên tới 700 megapascal. Tuy nhiên, điều thú vị là lớp chịu nén này lại vô cùng mỏng, chỉ khoảng 10% đường kính phần đầu giọt thủy tinh. Do đó, muốn làm vỡ giọt thủy tinh một cách dễ dàng chúng ta cần tác động một lực đi vào phần trong lõi của nó. Và giải pháp tác động lực ở phẩn đuôi thủy tinh là một ví dụ điển hình. Các cấu trúc thủy tinh không bền vững khiến cho nó dễ dàng bị vỡ vụn chỉ bằng một lực nhỏ tác động.

Các bài viết cùng chủ đề:

 

Bình luận


Cũ hơn Bài viết mới