日子中遇到的許多的現(xiàn)象其間蘊含著許多的科學道理，能夠用科學解釋日子就是學以致用的最佳體現(xiàn)之一。今天咱們來試著解釋一下咱們?nèi)兆又薪?jīng)常會見到的一個現(xiàn)象，就是在往玻璃杯中倒熱水的時分，有時分會呈現(xiàn)玻璃杯決裂的場景，有的同學看到這個現(xiàn)象一時間馬上想到的就是熱應(yīng)力，這其間也包括許多的科學的解釋，下面咱們就一起來看看這個現(xiàn)象呈現(xiàn)的具體原因是什么。

    玻璃杯的決裂，是熱應(yīng)力在搗亂。常溫或低溫的玻璃杯，再收到內(nèi)部熱水的加溫后，杯壁內(nèi)熱外冷，然后簡單呈現(xiàn)裂紋。下面我就稍微詳細介紹下1)這個裂紋終究是怎么形成的，2)它的方位又呈現(xiàn)在何處，3)怎么防備玻璃杯的決裂。

    1、玻璃杯裂紋的成因

    玻璃杯發(fā)生決裂的原因就在于熱水的倒入。物體的熱脹冷縮是一個較為遍及的規(guī)則，玻璃也不破例。不同的資料，熱脹冷縮的作用也是不一樣的，通常用熱脹大系數(shù)來表示，常見資料的熱脹大系數(shù)如下圖。

    熱脹大系數(shù)的物理含義是資料在溫度升高1k的時分，其伸長量的一個衡量。這個值越大，表明這種資料越簡單受溫度影響。上圖中可以看到，普通玻璃熱脹大系數(shù)是7.1e-6/k左右。相對于一些鋼銅等金屬來講，玻璃已經(jīng)是比較難以發(fā)生熱脹冷縮的資料了。

    2、裂紋呈現(xiàn)的方位

    實際上，學過初高中物理的同學們都知道物體會熱脹冷縮，也知道冷玻璃在倒入熱水后簡單發(fā)生爆裂?？墒牵绻麤]有系統(tǒng)學過力學，應(yīng)該是不清楚這其間的機理的。熱脹冷縮只是一個抽象的原因，在這個抽象的原因下，玻璃杯終究怎么脹大起來，又終究為何會呈現(xiàn)裂紋，裂紋呈現(xiàn)在什么方位?只有學過了資料力學才有可能回答。

    玻璃杯的迸裂，永遠都是發(fā)生在倒水的那一瞬間。熱水倒入冷杯后，玻璃杯的內(nèi)側(cè)因為熱水的加熱而溫度升高，可是外側(cè)還未來得及升溫。于是就導致了上圖所示的溫度散布狀況。紅色代表高溫，藍色代表低溫。從溫度散布來看，無論是環(huán)向仍是縱向，其散布都是均勻的?？墒窃诓ＡП暮穸确较颍瑴囟壬⒉疾痪鶆?，存在著溫度梯度。正是這個厚度方向的不均勻，才導致玻璃杯的迸裂。

    咱們分別看一下環(huán)向和縱向熱脹冷縮后的樣子，如上圖。環(huán)向會整體擴大一圈，縱向內(nèi)側(cè)會升高。因為玻璃杯口是自在的一種狀況，內(nèi)側(cè)可以自在伸縮，所以在縱向很難發(fā)生裂紋?？墒窃诃h(huán)向，內(nèi)側(cè)溫度高想要脹大，而外側(cè)溫度不變不想脹大。于是內(nèi)側(cè)強迫脹大變大，推進著外側(cè)也有所變大。可是，內(nèi)測始終受外側(cè)的約束，處于緊縮的應(yīng)力狀況，而外側(cè)則因為內(nèi)側(cè)的揉捏反而是拉伸的應(yīng)力狀況。世界上，絕大多數(shù)資料都是耐壓不耐拉，而且拉壓性能不同還非常大。比方有機玻璃抗拉強度55~77Mpa抗壓強度130Mpa。正是因為這種拉壓不等的性能，外側(cè)的玻璃首先被拉裂了。

    3、怎么防備玻璃杯的決裂

    知道了上述原理，咱們可以從以下幾個方面來防備玻璃杯的迸裂：

    1)選用更高質(zhì)量的玻璃。即選用熱脹大系數(shù)更小的玻璃資料，然后使得溫度的影響盡可能地下降。隨著玻璃制作工藝的提升，熱脹大系數(shù)已經(jīng)比早期下降了許多。

    2)規(guī)劃更合理尺度的玻璃杯。迸裂的玻璃杯主要原因在于厚度方向的溫度梯度，厚度越薄，溫度梯度就越大，由此形成的熱應(yīng)力散布也不同越大，然后更加簡單發(fā)生決裂。

    現(xiàn)在的玻璃杯不像曾經(jīng)，倒入熱水簡單迸裂。經(jīng)過規(guī)劃今后，即使玻璃質(zhì)量差一點，只需厚度滿足，也是不簡單發(fā)生決裂的。

    4、總結(jié)

    玻璃杯的迸裂，原因在于水杯環(huán)向厚度方向的溫度不均勻，由此形成熱應(yīng)力的散布不均。內(nèi)側(cè)受壓，而外側(cè)收拉。玻璃的拉伸極限應(yīng)力又小于緊縮極限應(yīng)力，然后外側(cè)首先發(fā)生裂紋。