Αναρωτηθήκατε ποτέ γιατί τα ποτήρια του κρασιού σπάνε σε κομμάτια κατά την κρούση; Ή υπήρξε μια στιγμή φόβου ότι τοποτήριοι τοίχοι του κτιρίου θα έσπασαν και θα έπεφταν; Η δομή του γυαλιού είναι πολύ περίπλοκη. Είναι σκληρό και δυνατό, αλλά ταυτόχρονα είναι εύθραυστο. Για κάτι τόσο κοινό, η επιστήμη πίσω από το σπασμένο γυαλί είναι επίσης πολύπλοκη.
Γιατί σπάει το γυαλί;
Στην πραγματικότητα, ο λόγος για τον οποίο το γυαλί σπάει τόσο εύκολα οφείλεται στη μοριακή του δομή.Το γυαλί είναι κατασκευασμένο από πυρίτιο. Το πυρίτιο σχηματίζει ένα άκαμπτο, τυχαίο μοριακό δίκτυο. Σε αντίθεση με τα περισσότερα στερεά, τα άτομα πυριτίου και οξυγόνου στο γυαλί συνδέονται σε τυχαίες γωνίες σε ακανόνιστο σχέδιο.
Αυτή η άτακτη διάταξη δίνει στο γυαλί διαφάνεια και είναι εύκολο να διαμορφωθεί σε διαφορετικά σχήματα όταν θερμαίνεται. Ωστόσο, αυτό σημαίνει επίσης ότι δεν υπάρχουν αδύναμα σημεία. Ως αποτέλεσμα, όταν εφαρμόζεται εξωτερική πίεση, το γυαλί θα σπάσει με οδοντωτό, ανεξέλεγκτο τρόπο. Οποιοδήποτε μικρό ελάττωμα επιφάνειας ή γρατσουνιά μπορεί επίσης να γίνει συγκεντρωτής πίεσης. Μόλις πυροδοτηθεί μια ρωγμή, εξαπλώνεται γρήγορα σε όλο το υλικό.
Όταν οι ρωγμές αρχίζουν να εξαπλώνονται, είναι δύσκολο να σταματήσουν. Παρόλο που ο δεσμός μεταξύ των ατόμων πυριτίου και οξυγόνου είναι ισχυρός. Αλλά είναι δύσκολο για τη ρωγμή να αλλάξει κατεύθυνση ή να σταματήσει στην άκρη του ελαττώματος. Λόγω της ακανόνιστης γεωμετρίας των δεσμών πυριτίου-οξυγόνου, απλώς θα συνεχίσουν να διέρχονται από το τυχαίο δίκτυο.Ποτήριστερείται μια τακτοποιημένης δομής, επομένως είναι δύσκολο να προβλεφθεί πότε χαλάει.
Ο μόνος τρόπος για να βελτιωθεί η αντοχή του γυαλιού σε κρούση είναι η εισαγωγή μιας πιο διατεταγμένης μοριακής διάταξης. Ακριβώς όπως η ασφάλεια τουσκληρυμένο γυαλίείναι υψηλό, είναι επειδή η μοριακή του διάταξη είναι διατεταγμένη. Με ταχεία θέρμανση και στη συνέχεια ταχεία ψύξη, μπορεί να δημιουργηθεί συμπιεστική τάση στο εσωτερικό του γυαλιού. Αυτές οι τάσεις βοηθούν στην εξουδετέρωση της εξάπλωσης της ρωγμής. Έτσι το σκληρυμένο γυαλί μπορεί να αντέξει υψηλότερο φορτίο. Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι δεν μπορεί να σπάσει. Απλώς σπάει σε πιο ασφαλή μορφή. Δηλαδή, σπάει σε μικρά σωματίδια, παρά στα αιχμηρά κομμάτια του συνηθισμένου γυαλιού.
Γιατί η θερμότητα σπάει το γυαλί;
Το γυαλί θα σπάσει εκτός εάν χτυπηθεί από εξωτερικές δυνάμεις. Επίσης σπάει όταν υποβάλλεται σε θερμική καταπόνηση. Σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας, η ανισορροπία της θερμοκρασίας προκαλεί ανομοιόμορφη διαστολή του γυαλιού, γεγονός που ασκεί πίεση στη δομή του. Όταν μια περιοχή γυαλιού ζεσταίνεται, εμφανίζεται διαστολή. Αλλά οι ψυχρότερες περιοχές δεν επεκτείνονται με τον ίδιο ρυθμό.
Έτσι μπορείτε να φανταστείτε ότι το ένα μέρος του γυαλιού διαστέλλεται γρήγορα, ενώ το άλλο τμήμα διαστέλλεται αργά. Σε αυτή την περίπτωση, θα δημιουργηθεί πίεση στο εσωτερικό του ποτηριού. Έτσι τραβάει το γυαλί και το κάνει να παραμορφωθεί. Εάν αυτές οι πιέσεις γίνουν πολύ έντονες, τοποτήριθα σπάσει. Στην πραγματικότητα, το γυαλί σπάει μόνο για να μειώσει το άγχος του. Αλλά κατά τη γνώμη μας, το γυαλί είναι πολύ εύθραυστο.
Τα επίπεδα θερμικής καταπόνησης εξαρτώνται επίσης από τρεις παράγοντες
Διαφορά θερμοκρασίας
Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του ζεστού και του κρύου μέρους του γυαλιού, τόσο μεγαλύτερη είναι η πίεση.
Η ταχύτητα μεταβολής της θερμοκρασίας
Σε γενικές γραμμές, όταν η θερμοκρασία αυξάνεται ή κρυώνει γρήγορα, η ταχύτητα διαστολής ή συστολής του γυαλιού είναι μεγαλύτερη. Που αυξάνει το άγχος.
Το πάχος και το σχήμα του γυαλιού
Το πιο λεπτό, πιο ακανόνιστο γυαλί είναι πιο πιθανό να σπάσει. Γιατί δεν αντέχει τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας.
Για να ελαχιστοποιήσετε τη θερμική καταπόνηση, αποφύγετε την έκθεση του γυαλιού σε ακραίες ή γρήγορες αλλαγές θερμοκρασίας. Για παράδειγμα, μην ρίχνετε βραστό νερό πάνω από κρύο ποτήρι και μην εκθέτετε το ποτήρι σε χαμηλές θερμοκρασίες. Αυτή η γρήγορη αλλαγή θερμοκρασίας κάνει τοποτήριπιο πιθανό να σπάσει. Η προστασία του γυαλιού από τη θερμική καταπόνηση είναι το κλειδί για την πρόληψη της θραύσης του γυαλιού. Επομένως, θα πρέπει να προσέχουμε το περιβάλλον θερμοκρασίας του γυαλιού στη ζωή μας.
