Olá Habr!

Todos nós ouvimos palavras como "vidro temperado", "Gorilla Glass", "processamento químico de vidro". No entanto, na maioria dos casos, nem pensamos em como todas essas coisas são organizadas, mas em vão - este tópico contém muitos fatos surpreendentes e lógica interessante, e a física nele mostra mais uma vez seu lado bonito e brilhante. E a física é mais bonita quando suas leis extremamente simples nos surpreendem bastante.

Este artigo não terá fórmulas abstrusas ou longas cadeias lógicas (mas os links para os curiosos, é claro, certamente serão). Se você deseja relaxar e apreciar a beleza da natureza - este artigo é para você. Convido todos a gato!

Lágrimas batavianas

Um pouco de história

Distante 1660º ano , Inglaterra. O rei enviou cinco "pequenas bolhas de vidro" para sua Royal Society. A empresa relatou com grande velocidade que conseguiu produzir mais dois pequenos produtos similares que se comportam exatamente da mesma forma que os recebidos. A descoberta foi registrada imediatamente em memórias e as instruções de fabricação começaram a ser traduzidas para idiomas estrangeiros e rapidamente se espalharam por toda a Europa.

Gotas de vidro, posteriormente chamadas de "gotas do príncipe Rupert" em homenagem ao almirante e cientista príncipe Rupert do Palatinado , que trouxe as gotas da Alemanha para o rei Carlos II, causaram discussões acaloradas entre os cientistas da época. Personalidades famosas como Robert Hook, William Thomson (primeiro barão Kelvin - sim, o mesmo) e outras, mas uma descrição matemática clara de todos os processos que ocorrem nas gotas apareceu pela primeira vez nos escritos de Arnold Alan Griffith, em 1920, feito seus esforços.

O príncipe Rupert, é claro, estava longe de ser o primeiro a fazer essa descoberta. Segundo Petronius , algo semelhante era conhecido pelos fabricantes de vidro desde a época de Tibério : o criador do produto, segundo Petrônio, Tibério condenou à morte, porque temia que a invenção pudesse ser mais valiosa do que todos os seus tesouros.

No século XVII, antes de o nome "queda do príncipe Rupert" ser estabelecido, o nome "Lágrimas Batavianas", ou "Lágrimas da Holanda" (Batavia - o antigo nome da Holanda) ainda era difundido, porque pela primeira vez eles começaram a ser produzidos em massa lá.

Essence

O que empolgou todo mundo que viu esse fenômeno do vidro e continua surpreendendo até agora?

O processo de queda do príncipe Rupert é extremamente simples: basta pegar um balde de água fria e deixá-lo cair com vidro derretido. Depois que o vidro esfria, você obtém um produto na forma de uma gota - é chamado de Batavsky Tear. Parece que todo esse procedimento é extremamente simples. No entanto, as lágrimas batavianas têm uma propriedade muito interessante.

Eles combinam qualidades paradoxais à primeira vista. A lágrima batávia é incrivelmente forte e incrivelmente frágil. A “cabeça” do girino resultante é surpreendentemente forte: não pode ser quebrada com um martelo ou outro meio manual e, sob uma prensa hidráulica, pode suportar até 20 toneladas . Mas se você coçar um pouco a cauda ou agitar demais, toda a gota explodirá em pedaços pequenos.

Como isso funciona?

Como está escrito aqui , durante o resfriamento na água, as camadas externas imediatamente endurecem e formam uma espécie de "concha" para o vidro aquecido dentro. Durante o resfriamento, o vidro interno encolhe fortemente, levando a um enorme acúmulo de estresse mecânico dentro da gota.

Observando a queda através do polarizador, você pode "ver" toda essa tensão acumulada:

Como você provavelmente já adivinhou, a explosão das lágrimas de Batavskiy está associada à liberação de toda essa tensão. O processo é semelhante a uma reação em cadeia: cada pedaço pequeno, tendo perdido sua base de retenção, é jogado fora sob alta pressão.

Carros

Onde esse fenômeno se aplica? De fato, todos os dias você vê vidro feito de acordo com esse princípio. Por exemplo, em automóveis de passageiros, ele começou a ser usado nos anos 30 (sim, demorou cerca de 300 anos para aparecer no campo de aplicação) na forma de vidro temperado. E a invenção começou a ser usada em:

• Chuveiros;
• Prateleiras de geladeiras;
• A composição de alguns tipos de vidro à prova de balas;
• Mergulhadores mascarados;
• E há muito mais.

Nos automóveis de passageiros, é importante escolher o tipo certo de vidro para uma determinada peça devido a razões de segurança.

Janelas laterais e traseiras

O vidro comum, por via de regra, quebra em pedaços grandes e afiados que podem prejudicar o motorista em caso de acidente. Portanto, aqui você precisa de um copo que não seja apenas forte, mas também se desfaça em pedaços pequenos e seguros, se quebrar.

Para isso, é utilizado vidro temperado. É obtido devido ao rápido resfriamento dos lados durante o processo de produção. Aqui, tudo funciona da mesma forma que as lágrimas de Batavsky, e se você bater na janela ao redor da borda, ela quebrará. E depois disso, você ainda pode ouvir um ruído silencioso por um tempo: essa é a última tensão liberada pelos fragmentos.

Pára-brisa

Este vidro tem um papel especial. Ele não deve apenas ser muito durável, mas também impedir o máximo de objetos de entrar na cabine, mesmo em caso de avaria. O vidro à prova de balas funciona com princípios semelhantes.

Aqui o vidro temperado não é mais adequado. Em vez disso, eles usam o chamado triplex , ou, como é chamado no Ocidente, "vidro laminado". Geralmente, essas são três camadas coladas: as externas são feitas de vidro comum (silicato) e entre elas existe um filme de polímero.

Triplex é comumente usado quando queremos tornar o vidro extremamente durável. Encontra aplicação em:

• Edifícios de vidro;
• Janelas de casas;
• Museus
• E outros

Se a camada externa se romper, ela não se desfaz em pedaços pequenos, como faria se fosse de vidro temperado. Em vez disso, ele e suas camadas de suporte continuam a proteger os passageiros de objetos sólidos perigosos e possivelmente muito grandes. Agora você pode ver por que a história do detetive Hal Vukovich sobre como um homem em transe quebrou o pára-brisa de um carro é a bicicleta mais comum.

Copo de gorila

E, claro, não podemos deixar de mencionar todos os nossos smartphones favoritos!

Gorilla Glass é uma marca de vidro temperado quimicamente . É mais caro e mais difícil de fabricar; no entanto, esse método de reforço é comum na indústria móvel. Porque

O fato é que o espectro de requisitos é adicionado ao vidro de um dispositivo móvel:

• O vidro deve ser o mais fino possível e os métodos de reforço descritos acima requerem uma certa espessura;
• O vidro deve refratar a luz o mais fracamente possível;
• O vidro pode ter várias formas e ter curvaturas (por exemplo, nas bordas - oi, Display Infinito ).

O processamento químico lida com tudo isso muito bem: ele pode até fortalecer vidro muito fino, vidro curvo e alterações mensuráveis ​​na refração da cor não ocorrem.

Obviamente, existem algumas desvantagens. Aqui estão alguns deles:

• Só pode ser aplicado a vidro contendo óxidos de metais alcalinos (por exemplo, vidro de silicato);
• Caro

Além de smartphones móveis e outros aparelhos, a têmpera química, inventada em 1962, encontrou aplicação em vários outros itens domésticos:

• Pára-brisas de cockpits em aeronaves;
• Scanners de vidro;
• Discos rígidos portáteis.

Vamos ver como isso funciona.

Princípio de funcionamento

A idéia é substituir os íons de metais alcalinos no vidro por outros maiores, como mostrado na figura, para tornar o vidro mais denso e, consequentemente, mais durável.

Para fazer isso, o vidro é baixado por um determinado período de tempo em uma substância especial aquecida eletricamente (por exemplo, KNO ₃ ). Como regra, quanto mais rápido o processo de troca iônica, os íons grandes e profundos penetram no vidro e mais barato isso nos custa. Portanto, a escolha de temperaturas e substâncias é bastante importante.

Depois de passarmos por todos esses estágios, pequenas rachaduras são "fixadas" no vidro e a densidade das camadas externas é aumentada, o que torna o vidro mais resistente a arranhões e impactos.

Conclusão

Viva! Agora você sabe algo sobre alguns tipos de reforço de vidro e onde cada um é usado. Como exercício, você pode dizer imediatamente que vidro Gav e Dan estão quebrando no próximo vídeo? Como isso acontece? Onde é usado? E que tipo de erro Gav comete quando resume no final do vídeo?

Tenho certeza que você lidou com facilidade! Boa sorte a todos e obrigado por assistir ao artigo!

PS

Ficarei feliz em receber qualquer crítica razoável sobre o conteúdo e a forma do artigo.