为什么往玻璃杯里倒热水会有裂痕？

    日子中遇到的许多的现象其间蕴含着许多的科学道理，能够用科学解释日子就是学以致用的最佳体现之一。今天咱们来试着解释一下咱们日子中经常会见到的一个现象，就是在往玻璃杯中倒热水的时分，有时分会呈现玻璃杯决裂的场景，有的同学看到这个现象一时间马上想到的就是热应力，这其间也包括许多的科学的解释，下面咱们就一起来看看这个现象呈现的具体原因是什么。

    玻璃杯的决裂，是热应力在捣乱。常温或低温的玻璃杯，再收到内部热水的加温后，杯壁内热外冷，然后简单呈现裂纹。下面我就稍微详细介绍下1)这个裂纹终究是怎么形成的，2)它的方位又呈现在何处，3)怎么防备玻璃杯的决裂。

    1、玻璃杯裂纹的成因

    玻璃杯发生决裂的原因就在于热水的倒入。物体的热胀冷缩是一个较为遍及的规则，玻璃也不破例。不同的资料，热胀冷缩的作用也是不一样的，通常用热胀大系数来表示，常见资料的热胀大系数如下图。

    热胀大系数的物理含义是资料在温度升高1k的时分，其伸长量的一个衡量。这个值越大，表明这种资料越简单受温度影响。上图中可以看到，普通玻璃热胀大系数是7.1e-6/k左右。相对于一些钢铜等金属来讲，玻璃已经是比较难以发生热胀冷缩的资料了。

    2、裂纹呈现的方位

    实际上，学过初高中物理的同学们都知道物体会热胀冷缩，也知道冷玻璃在倒入热水后简单发生爆裂。可是，如果没有系统学过力学，应该是不清楚这其间的机理的。热胀冷缩只是一个抽象的原因，在这个抽象的原因下，玻璃杯终究怎么胀大起来，又终究为何会呈现裂纹，裂纹呈现在什么方位?只有学过了资料力学才有可能回答。

    玻璃杯的迸裂，永远都是发生在倒水的那一瞬间。热水倒入冷杯后，玻璃杯的内侧因为热水的加热而温度升高，可是外侧还未来得及升温。于是就导致了上图所示的温度散布状况。红色代表高温，蓝色代表低温。从温度散布来看，无论是环向仍是纵向，其散布都是均匀的。可是在玻璃杯的厚度方向，温度散布不均匀，存在着温度梯度。正是这个厚度方向的不均匀，才导致玻璃杯的迸裂。

    咱们分别看一下环向和纵向热胀冷缩后的样子，如上图。环向会整体扩大一圈，纵向内侧会升高。因为玻璃杯口是自在的一种状况，内侧可以自在伸缩，所以在纵向很难发生裂纹。可是在环向，内侧温度高想要胀大，而外侧温度不变不想胀大。于是内侧强迫胀大变大，推进着外侧也有所变大。可是，内测始终受外侧的约束，处于紧缩的应力状况，而外侧则因为内侧的揉捏反而是拉伸的应力状况。世界上，绝大多数资料都是耐压不耐拉，而且拉压性能不同还非常大。比方有机玻璃抗拉强度55~77Mpa抗压强度130Mpa。正是因为这种拉压不等的性能，外侧的玻璃首先被拉裂了。

    3、怎么防备玻璃杯的决裂

    知道了上述原理，咱们可以从以下几个方面来防备玻璃杯的迸裂：

    1)选用更高质量的玻璃。即选用热胀大系数更小的玻璃资料，然后使得温度的影响尽可能地下降。随着玻璃制作工艺的提升，热胀大系数已经比早期下降了许多。

    2)规划更合理尺度的玻璃杯。迸裂的玻璃杯主要原因在于厚度方向的温度梯度，厚度越薄，温度梯度就越大，由此形成的热应力散布也不同越大，然后更加简单发生决裂。

    现在的玻璃杯不像曾经，倒入热水简单迸裂。经过规划今后，即使玻璃质量差一点，只需厚度满足，也是不简单发生决裂的。

    4、总结

    玻璃杯的迸裂，原因在于水杯环向厚度方向的温度不均匀，由此形成热应力的散布不均。内侧受压，而外侧收拉。玻璃的拉伸极限应力又小于紧缩极限应力，然后外侧首先发生裂纹。