玻璃的破碎法則

玻璃的破碎法則的提出者是Nicolas Vandenberghe，套用於法醫學到行星學的科學範疇。

基本介紹

• 中文名：玻璃的破碎法則
• 套用：法醫學到行星學的科學範疇
• 提出者：Nicolas Vandenberghe
• 標準：裂紋計數

簡介

他們是全世界車主的夢魘，星狀的裂紋是從一個很小的碎片開始蔓延至整個擋風玻璃。為了更多的知道這種遍及卻又尚不清晰的裂紋的分擴散，一組法國的物理學家用脆性的玻璃的和塑膠原料的板做了一系列簡略的試驗。研討人員發現了一條用以描繪根據若干基本參數的決裂過程的比例規則，這個發現在從法醫學到行星學的科學範疇都可以廣泛套用。
碰擊試驗是由艾克斯馬賽大學的Nicolas Vandenberghe，Romain Vermorel和Emmanuel Villermaux等幾人完結的，他們用一柄氣槍向玻璃原料的和不超越3mm厚度的聚乙烯（即聚甲基丙烯酸甲酯，更為人熟知的姓名是PMMA，樹脂玻璃，有機玻璃）板上射擊鋼子彈和陶瓷子彈。裂紋發生的過程由高速相機在二分之一秒內記錄下來，這個時刻也正是碰擊中心的開始衝擊波分散到板邊際的時刻。衝擊波在抵達板邊際之後，又會折回來碰擊中心，使受碰擊板碎裂的過程變得更雜亂。

裂紋計數

每次獨立試驗包含向平板發射一顆速度在5米/秒到100米/秒的子彈，並計由碰擊中心發散開來的裂紋的數量。Vandenberghe和搭檔們發現，無論是玻璃或是PMMA，裂紋添加的數量與根據是玻璃的抑或是PMMA資料的資料係數的無因次衝擊速度的平方根成必定份額聯絡。這個關聯對關描繪0.15mm厚度的玻璃和介於0.5mm到3mm的PMMA板都是精確的。
存在這個根據經過對子彈速度和平板厚度的核算得出徑向裂紋數量的普適規則，可以完善地描繪在這項研討中收集到的一切數據。別的也要思考板資料的聲響傳播速度，材料的楊氏模量（即硬度）以及開裂能量，後者是在資料上構成裂紋所需求的最小能量。
該研討小組也調查了當發射速度大到子彈直接穿透資料，僅在穿透點留下星形的裂紋的狀況會如何。研討者發現，當速度加大時，會呈現盤繞衝擊點的環狀裂紋。對於一個給定厚度的PMMA板，第一道環狀裂紋的半徑不隨子彈速度的改動而改變，而當第一道這樣的裂紋呈現時的速度則遵守一個與平板厚度有關的比例規律。並且研討小組能核算出這個源於平板材料係數的關聯。

考古和隕石

Vandenberghe通知physicsworld，這項研討的首要意圖是對用一個物體衝擊另一個薄質的物質時碎片的發生機制構成非常好的了解。這在法醫學和考古學中相當有意義，在這些領域碎的玻璃和其他的材料能夠提供關於過去的重要線索。從更深的意義來說，這也可以協助行星學的科學家經過對隕石碰擊後碎片的調查，得到對行星和月表外表組成的更深入的見地。
特別是木星的衛星木衛二覆蓋著的碎片，使得科學家們傾向於以為它的外表是起浮在一個液體海洋上的薄冰層。到目前為止，Vandenberghe和搭檔們還沒有得出能聯繫起木衛二上的碎片與其外表的材料性能二者的效果。因此研討者們正計畫著手做另一個起浮在液體之上的平板碎片的試驗以希望得到更好的結果。