مرحبا يا هبر!

سمعنا جميعًا كلمات مثل "الزجاج المقسى" ، "زجاج الغوريلا" ، "المعالجة الكيميائية للزجاج". ومع ذلك ، في معظم الحالات ، لا نفكر في كيفية ترتيب كل هذه الأشياء ، ولكن دون جدوى - يحتوي هذا الموضوع على الكثير من الحقائق المذهلة والمنطق المثير للاهتمام ، والفيزياء فيه تظهر مرة أخرى جانبها الجميل والمشرق. والفيزياء هي الأكثر جمالا عندما تفاجئنا قوانينها البسيطة للغاية.

لن تحتوي هذه المقالة على أي صيغ صريحة أو سلاسل منطقية طويلة (لكن الروابط الخاصة بالفضوليين ، بالطبع ستكون بالتأكيد). إذا كنت ترغب في الاسترخاء والاستمتاع بجمال الطبيعة - فهذه المقالة مناسبة لك. أدعو الجميع إلى القط!

دموع باتافيا

قليلا من التاريخ

الأقصى عام 1660 ، إنجلترا. أرسل الملك خمس "فقاعات زجاجية صغيرة" إلى جمعيته الملكية. ذكرت الشركة بسرعة كبيرة أنها كانت قادرة على إنتاج اثنين من المنتجات المماثلة الصغيرة جدا التي تتصرف بالضبط نفس تلك التي وردت. تم تسجيل الاكتشاف على الفور في مذكرات ، وبدأت ترجمة تعليمات التصنيع إلى لغات أجنبية وانتشرت بسرعة في جميع أنحاء أوروبا.

تسببت قطرات الزجاج ، التي يشار إليها فيما بعد باسم "قطرات الأمير روبرت" تكريماً للأميرال والعالم الأمير روبرت بالاتيناتي ، الذي جلب قطرات من ألمانيا إلى الملك تشارلز الثاني ، في نقاش ساخن بين العلماء في ذلك الوقت. شخصيات مشهورة مثل روبرت هوك ، وليام طومسون (البارون كلفن الأول - نعم ، نفس الشخص) وغيرها ، ولكن وصف رياضي واضح لجميع العمليات التي تحدث في قطرات ظهرت لأول مرة في كتابات أرنولد آلان غريفيث في عام 1920 بذلت جهودهم.

الأمير روبرت ، بطبيعة الحال ، كان أبعد ما يكون عن أول من صنع هذا الاكتشاف. وفقًا ل Petronius ، كان هناك شيء مشابه معروف لدى صانعي الزجاج منذ زمن Tiberius : لقد أصدر مبتكر المنتج ، وفقًا ل Petronius ، Tiberius ، حتى أنه كان يخشى أن يكون الاختراع أكثر قيمة من كل كنوزه.

في القرن السابع عشر ، قبل تحديد اسم "قطرة الأمير روبرت" ، كان اسم "دموع باتافيا" أو "دموع هولندا" (باتافيا - الاسم القديم لهولندا) لا يزال واسع الانتشار ، لأنه لأول مرة بدأ إنتاجه على نطاق واسع هناك.

قلب

ما الذي أثار حماسة كل من رأى هذه الظاهرة الزجاجية ، وما زال مفاجأة حتى الآن؟

عملية صنع قطرة Prince Rupert بسيطة للغاية: كل ما تحتاجه هو أخذ دلو من الماء البارد وإسقاطه بزجاج مصهور. بعد أن يبرد الزجاج ، تحصل على منتج على شكل قطرة - يطلق عليه Batavsky Tear. يبدو أن هذا الإجراء برمته بسيط للغاية. ومع ذلك ، فإن الدموع Batavian لديها خاصية مثيرة للاهتمام للغاية.

إنها تجمع بين المفارقة ، للوهلة الأولى ، الصفات. المسيل للدموع Batavian على حد سواء قوية بشكل لا يصدق وهشة بشكل لا يصدق. يكون "رأس" الشرغوف الناتج قويًا بشكل مدهش: لا يمكن كسره بمطرقة أو بوسائل يدوية أخرى ، وتحت الضغط الهيدروليكي ، يمكنه تحمل ما يصل إلى 20 طنًا . ولكن إذا قمت بخدش الذيل قليلاً أو هزته كثيرًا ، فسوف ينفجر القطرة بأكملها إلى قطع صغيرة.

كيف يعمل؟

كما هو مكتوب هنا ، أثناء التبريد في الماء ، تصلب الطبقات الخارجية فورًا وتشكل نوعًا من "الغلاف" للزجاج المسخن بالداخل. أثناء التبريد ، يتقلص الزجاج الداخلي بقوة ، مما يؤدي في النهاية إلى تراكم هائل للإجهاد الميكانيكي داخل القطرة.

بالنظر إلى السقوط خلال المستقطب ، يمكنك "رؤية" كل هذا الجهد المتراكم:

كما قد تفكر بالفعل ، يرتبط انفجار دموع باتافسكي بإطلاق كل هذا التوتر. تشبه هذه العملية رد فعل متسلسل: كل قطعة صغيرة ، بعد أن فقدت قاعدتها المعلقة ، يتم طرحها تحت ضغط عال.

سيارات الركاب

أين تنطبق هذه الظاهرة؟ في الواقع ، كل يوم ترى الزجاج مصنوعًا وفقًا لهذا المبدأ. على سبيل المثال ، في سيارات الركاب ، بدأ استخدامها لأول مرة في الثلاثينيات (نعم ، استغرق الأمر نحو 300 عام لتظهر مجال التطبيق) في شكل زجاج مقسى. وبدأ استخدام الاختراع في:

• دش،
• أرفف الثلاجات
• تكوين بعض أنواع الزجاج المضاد للرصاص.
• الغواصين المقنعون
• وهناك الكثير.

في سيارات الركاب ، من المهم اختيار النوع الصحيح من الزجاج لجزء أو لآخر لأسباب تتعلق بالسلامة.

النوافذ الجانبية والخلفية

الزجاج العادي ، كقاعدة عامة ، ينقسم إلى أجزاء كبيرة حادة يمكن أن تضر السائق في حالة وقوع حادث. لذلك ، فأنت بحاجة هنا إلى كوب لن يكون قوياً فحسب ، بل إنه سيتفتت أيضًا إلى قطع صغيرة آمنة ، إذا ما تم كسره.

لهذا ، يتم استخدام الزجاج المقسى. يتم الحصول عليها بسبب التبريد السريع من الجانبين أثناء عملية الإنتاج. هنا ، كل شيء يعمل بنفس الطريقة التي تعمل بها دموع Batavsky ، وإذا كنت تضغط على النافذة حول الحافة ، فسوف يتحطم. وبعد ذلك ، لا يزال بإمكانك سماع أزمة هادئة لفترة من الوقت: هذا هو آخر توتر ينطلق من الشظايا.

الزجاج الأمامي

هذا الزجاج له دور خاص. لا ينبغي أن يكون دائمًا للغاية ، ولكن يجب أن يمنع أكبر قدر ممكن من الأشياء من دخول المقصورة حتى في حالة حدوث عطل. زجاج مضاد للرصاص يعمل على مبادئ مماثلة.

هنا لم يعد الزجاج المقسى مناسبًا. بدلاً من ذلك ، يستخدمون ما يسمى ثلاثي ، أو ، كما يطلق عليه في الغرب ، "الزجاج الرقائقي". عادة ما تكون هذه ثلاث طبقات يتم لصقها معًا: الطبقات الخارجية مصنوعة من الزجاج العادي (السيليكات) ، ويوجد بينها فيلم بوليمر.

يستخدم Triplex بشكل شائع عندما نريد أن نجعل الزجاج متين للغاية. يجد التطبيق في:

• المباني الزجاجية
• نوافذ المنازل
• المتاحف.
• وغيرها

إذا انكسرت الطبقة الخارجية ، فإنها لا تنهار إلى قطع صغيرة ، كما لو كانت مصنوعة من الزجاج المقسى. بدلاً من ذلك ، يواصل هو وطبقاته الداعمة حماية المسافرين من الأشياء الصلبة الخطرة وربما الكبيرة جدًا. الآن يمكنك أن ترى لماذا قصة المحقق هال فوكوفيتش حول كيف كسر رجل في غيبوبة الزجاج الأمامي للسيارة هو الدراجة الأكثر شيوعا.

زجاج الغوريلا

وبالطبع ، لا يسعنا إلا أن نذكر جميع هواتفنا الذكية المفضلة!

Gorilla Glass هي علامة تجارية من الزجاج المقسّى كيميائيًا . أنها أكثر تكلفة وأكثر صعوبة في التصنيع ؛ ومع ذلك ، فإن طريقة التعزيز هذه شائعة في صناعة الأجهزة المحمولة. لماذا؟

الحقيقة هي أن طيف المتطلبات يضاف إلى كأس الجهاز المحمول:

• يجب أن يكون الزجاج رقيقًا قدر الإمكان ، وأن أساليب التعزيز الموصوفة أعلاه تتطلب سمكًا معينًا ؛
• يجب أن ينكسر الزجاج الضوء بأضعف ما يمكن ؛
• يمكن أن يكون الزجاج من أشكال مختلفة وله انحناءات (على سبيل المثال ، عند الحدود - مرحبًا ، Infinity Display ).

تتواءم المعالجة الكيميائية مع كل هذا بشكل جيد للغاية: يمكنها حتى تقوية الزجاج الرقيق للغاية ، والزجاج المنحني ، والتغيرات القابلة للقياس في انكسار اللون لا تحدث.

بالطبع ، هناك بعض العيوب. هؤلاء بعض منهم:

• لا يمكن تطبيقه إلا على الزجاج المحتوي على أكاسيد فلزية قلوية (على سبيل المثال ، زجاج السيليكات) ؛
• أكثر مما ينبغي.

بالإضافة إلى الهواتف الذكية المحمولة وغيرها من الأدوات ، وجد التبريد الكيميائي ، الذي تم اختراعه عام 1962 ، تطبيقًا في العديد من الأدوات المنزلية الأخرى:

• الزجاج الأمامي من قمرة القيادة في الطائرات.
• الماسحات الضوئية الزجاجية
• محركات الأقراص الصلبة المحمولة.

دعونا نرى كيف يعمل.

مبدأ العمل

تتمثل الفكرة في استبدال الأيونات المعدنية القلوية الموجودة في الزجاج بأخرى أكبر ، كما هو موضح في الصورة ، لجعل الزجاج أكثر كثافة ، وبالتالي أكثر متانة.

للقيام بذلك ، يتم خفض الزجاج لفترة معينة من الزمن إلى مادة خاصة تسخينها كهربائيًا (على سبيل المثال ، KNO ₃ ). كقاعدة عامة ، كلما كانت عملية التبادل الأيوني أسرع ، تخترق الأيونات الكبيرة العميقة الزجاج وتكلفته أقل تكلفة. لذلك ، فإن اختيار درجات الحرارة والمواد مهم جدا.

بعد اجتيازنا جميع هذه المراحل ، يتم "تثبيت" الشقوق الصغيرة في الزجاج وزيادة كثافة الطبقات الخارجية ، مما يجعل الزجاج أكثر مقاومة للخدوش والآثار.

استنتاج

الصيحة! أنت الآن تعرف شيئًا عن بعض أنواع التسليح الزجاجي ومكان استخدام كل منها. كتمرين ، هل يمكنك معرفة على الفور ما الزجاج Gav و Dan يكسرون في الفيديو التالي؟ كيف يحدث؟ أين يتم استخدامه؟ وما نوع الخطأ الذي يرتكبه غاف عندما يلخص في نهاية الفيديو؟

أنا متأكد من أنك تعاملت بسهولة! حظا سعيدا للجميع وشكرا لمشاهدة المقال!

PS

سأكون سعيدًا لأي نقد معقول بخصوص محتوى وشكل المقالة.