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Todos escuchamos palabras como "vidrio templado", "Gorilla Glass", "procesamiento químico del vidrio". Sin embargo, en la mayoría de los casos ni siquiera pensamos en cómo están organizadas todas estas cosas, pero en vano: este tema contiene muchos hechos sorprendentes y una lógica interesante, y la física una vez más muestra su lado bello y brillante. Y la física es más bella cuando sus leyes extremadamente simples nos sorprenden enormemente.

Este artículo no tendrá fórmulas abstrusas o largas cadenas lógicas (pero los enlaces para los curiosos, por supuesto, lo serán). Si quieres relajarte y disfrutar de la belleza de la naturaleza, este artículo es para ti. ¡Invito a todos al gato!

Lágrimas de Batavia

Un poco de historia

Lejos 1660 años , Inglaterra. El rey envió cinco "pequeñas burbujas de vidrio" a su Royal Society. La compañía informó con gran rapidez que podía producir dos productos similares más pequeños que se comportaban exactamente igual a los recibidos. El hallazgo se registró de inmediato en las memorias, y las instrucciones de fabricación comenzaron a traducirse a idiomas extranjeros y se extendieron rápidamente por toda Europa.

Las gotas de vidrio, posteriormente denominadas "gotas del Príncipe Rupert" en honor del almirante y científico Príncipe Rupert de Palatinado , quien trajo las gotas de Alemania al Rey Carlos II, causaron una acalorada discusión entre los científicos de la época. Personalidades tan famosas como Robert Hook, William Thomson (primer barón Kelvin - sí, el mismo) y otros, pero una descripción matemática clara de todos los procesos que ocurren en las gotas aparecieron por primera vez en los escritos de Arnold Alan Griffith en 1920 hicieron sus esfuerzos.

El príncipe Rupert, por supuesto, estuvo lejos de ser el primero en hacer este descubrimiento. Según Petronio , los fabricantes de vidrio sabían algo similar desde la época de Tiberio : el creador del producto, según Petronio, Tiberio condenado a muerte, porque temía que la invención pudiera ser más valiosa que todos sus tesoros.

En el siglo XVII, antes de que se estableciera el nombre de "caída del Príncipe Rupert", el nombre de "Lágrimas de Batavia" o "Lágrimas de Holanda" (Batavia, el antiguo nombre de Holanda) todavía estaba muy extendido, porque por primera vez comenzaron a producirse allí en masa.

Esencia

¿Qué emocionó tanto a todos los que vieron este fenómeno del vidrio y siguen sorprendiendo hasta ahora?

El proceso de hacer caer el Príncipe Rupert es extremadamente simple: solo necesita tomar un balde de agua fría y dejarlo caer con vidrio fundido. Después de que el vidrio se enfría, obtienes un producto en forma de gota: se llama lágrima de Batavsky. Parece que todo este procedimiento es extremadamente simple. Sin embargo, las lágrimas de Batavia tienen una propiedad muy interesante.

Combinan cualidades paradójicas, a primera vista,. La lágrima de Batavia es increíblemente fuerte e increíblemente frágil. La "cabeza" del renacuajo resultante es sorprendentemente fuerte: no se puede romper con un martillo u otro medio manual, y bajo una prensa hidráulica puede soportar hasta 20 toneladas . Pero si rascas un poco la cola o la sacudes demasiado, la gota entera explotará en pedazos pequeños.

Como funciona

Como está escrito aquí , durante el enfriamiento en agua, las capas externas se endurecen inmediatamente y forman una especie de "caparazón" para el vidrio calentado en el interior. Durante el enfriamiento, el vidrio interno se contrae fuertemente, lo que eventualmente conduce a una gran acumulación de tensión mecánica dentro de la gota.

Mirando la caída a través del polarizador, puede "ver" todo este voltaje acumulado:

Como probablemente ya habrás adivinado, la explosión de las lágrimas de Batavskiy está asociada con la liberación de toda esta tensión. El proceso es similar a una reacción en cadena: cada pieza pequeña, después de haber perdido su base de retención, se arroja a alta presión.

Autos

¿Dónde se aplica este fenómeno? De hecho, todos los días ves vidrio hecho de acuerdo con este principio. Por ejemplo, en los turismos, comenzó a usarse por primera vez en la década de 1930 (sí, tardó unos 300 años en aparecer el campo de aplicación) en forma de vidrio templado. Y la invención comenzó a usarse en:

• Duchas;
• Estantes de refrigeradores;
• La composición de algunos tipos de vidrio a prueba de balas;
• Buzos enmascarados;
• Y hay muchos más.

En los automóviles de pasajeros, es importante elegir el tipo correcto de vidrio para una u otra parte debido a razones de seguridad.

Ventanas laterales y traseras

El vidrio ordinario, por regla general, se rompe en piezas grandes y afiladas que pueden dañar al conductor en caso de accidente. Por lo tanto, aquí necesita un vidrio que no solo sea fuerte, sino que también se desmorone en pedazos pequeños y seguros, si se rompe.

Para esto, se utiliza vidrio templado. Se obtiene debido al rápido enfriamiento de los lados durante el proceso de producción. Aquí, todo funciona igual que las lágrimas de Batavsky, y si golpeas la ventana alrededor del borde, se romperá. Y después de eso, todavía puedes escuchar un crujido silencioso por un tiempo: esta es la última tensión liberada de los fragmentos.

Parabrisas

Este vidrio tiene un papel especial. No solo debe ser muy duradero, sino que también debe evitar en lo posible que entren objetos en la cabina incluso en caso de avería. El vidrio a prueba de balas funciona con principios similares.

Aquí el vidrio templado ya no es adecuado. En su lugar, utilizan el llamado triplex o, como se le llama en Occidente, "vidrio laminado". Por lo general, estas son tres capas pegadas: las exteriores están hechas de vidrio ordinario (silicato), y entre ellas hay una película de polímero.

Triplex se usa comúnmente cuando queremos que el vidrio sea extremadamente duradero. Encuentra aplicación en:

• Edificios de vidrio;
• Ventanas de casas;
• Museos
• Y otros

Si la capa exterior se rompe, no se desmorona en pedazos pequeños, como lo haría si estuviera hecha de vidrio templado. En cambio, él y sus capas de apoyo continúan protegiendo a los pasajeros de objetos sólidos peligrosos y posiblemente bastante grandes. Ahora puedes ver por qué la historia del detective Hal Vukovich sobre cómo un hombre en trance rompió el parabrisas de un automóvil es la bicicleta más común.

Vidrio gorila

Y, por supuesto, no podemos evitar mencionar todos nuestros teléfonos inteligentes favoritos.

Gorilla Glass es una marca de vidrio templado químicamente . Es más caro y más difícil de fabricar; Sin embargo, este método de refuerzo es común en la industria móvil. Por qué

El hecho es que el espectro de requisitos se agrega al vidrio de un dispositivo móvil:

• El vidrio debe ser lo más delgado posible, y los métodos de fortalecimiento descritos anteriormente requieren un cierto espesor;
• El vidrio debe refractar la luz lo más débilmente posible;
• El vidrio puede tener varias formas y tener curvaturas (por ejemplo, en los bordes: hola, pantalla Infinity ).

El procesamiento químico hace frente a todo esto muy bien: incluso puede fortalecer el vidrio muy delgado, el vidrio curvado y no ocurren cambios medibles en la refracción del color.

Por supuesto, hay algunos inconvenientes. Aquí hay algunos de ellos:

• Solo se puede aplicar a vidrio que contiene óxidos de metales alcalinos (por ejemplo, vidrio de silicato);
• Caro

Además de los teléfonos inteligentes móviles y otros dispositivos, el enfriamiento químico, inventado en 1962, ha encontrado aplicación en varios otros artículos para el hogar:

• Parabrisas de cabinas en aviones;
• Escáneres de vidrio;
• Discos duros portátiles.

Veamos como funciona.

Principio de funcionamiento

La idea es reemplazar los iones de metal alcalino en el vidrio con otros más grandes, como se muestra en la imagen, para hacer que el vidrio sea más denso y, en consecuencia, más duradero.

Para hacer esto, el vidrio se baja durante un cierto período de tiempo en una sustancia especial calentada eléctricamente (por ejemplo, KNO ₃ ). Como regla general, cuanto más rápido se lleva a cabo el proceso de intercambio iónico, los iones grandes más profundos penetran en el vidrio y más barato nos cuesta todo. Por lo tanto, la elección de temperaturas y sustancias es bastante importante.

Después de haber pasado todas estas etapas, se "fijan" pequeñas grietas en el vidrio y se aumenta la densidad de las capas externas, lo que hace que el vidrio sea más resistente a los rasguños e impactos.

Conclusión

¡Hurra! Ahora sabe algo sobre algunos tipos de refuerzo de vidrio y dónde se usa cada uno. Como ejercicio, ¿puedes decir de inmediato qué vaso están rompiendo Gav y Dan en el próximo video? ¿Cómo se produce? Donde se usa ¿Y qué error comete Gav cuando resume al final del video?

¡Estoy seguro de que te las arreglaste con facilidad! ¡Buena suerte a todos y gracias por ver el artículo!

PS

Estaré encantado de cualquier crítica razonable con respecto al contenido y la forma del artículo.