(图片由央视《加油!向未来》提供)
节目中,参与砸玻璃实验的工具有三种:鹤嘴锤、石头凿、十字镐。这些工具是否能砸碎、为何能砸碎玻璃?有以下两个原因:
1.相同作用力下,尖锐工具更易砸碎玻璃。
根据物理公式P=F/S,(P为压强,F为作用力,S为受力面积)在作用力相同的情况下,受力面积越小,压强越大。作用在玻璃上的压强越大,玻璃越容易碎。鹤嘴锤和石头凿这两样工具尖锐,相同作用力下,尖锐工具单位面积作用在玻璃上的力大,因此,这两样工具是能够砸碎钢化玻璃的。而十字镐由于其头部光滑,不是非常尖锐,相同作用力下,单位作用在玻璃上的力就小,砸不碎钢化玻璃。
(图片由央视《加油!向未来》提供)
2.质量大的工具,产生作用力更大。
根据动量定律,质量大的工具,在相同作用时间和速度变化量的前提下,给玻璃的冲击力大(即锤子所受合外力)。因此,像网络盛传的汽车头枕、高跟鞋鞋跟等工具,对于砸玻璃的效果并不很好,这些工具虽然属于尖锐工具,但质量不够大,如要破窗,需要砸窗人有一定的技巧和力量。
附动量定律:物体动量的增量等于它所受合外力的冲量即Ft=mΔv,其中F为物体所受合外力,t为作用力的作用时间,m为物体质量,Δv为物体速度变化量。
为什么要选玻璃的4个角来砸?
(图片由央视《加油!向未来》提供)
一方面,从强度角度来看,钢化玻璃是预应力结构。钢化玻璃在高温锻造后,在出钢化炉的瞬间玻璃表面通过风压冷却,玻璃内部还在向外膨胀(热涨冷缩),但表面已经被冷却。这样会形成两个作用力,一个向外的张应力,一个向内的压应力。而钢化玻璃的边角处是最容易产生应力集中的区域,在同等外力作用下,结构上也最容易被破坏,砸玻璃边角区域需要的力度比中间区域会小很多。另一方面,从能量角度,可以把钢化玻璃想象成一张弹性膜,玻璃会发生形变,中间区域受外力作用时,玻璃向一侧瞬间突起,可吸收一部分能量,从而不易被敲碎。如果敲击的是四个角,由于靠近窗子的边框有固定作用,发生的形变量小,从而使敲击的能量发挥作用最大化,容易击碎。
看了《加油!向未来》的节目,读了小编的解读文章,是不是心里亮堂堂,车辆遇到积水再也不怕了。专业逃生锤(或称安全锤)是最保险的工具,平时就要常备车里哦。
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编辑:赵翠 薛燕男
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