آیا تا به حال فکر کرده اید که چرا لیوان های شراب در اثر ضربه تکه تکه می شوند؟ یا لحظه ای از ترس وجود داشت کهشیشه ایدیوارهای ساختمان بشکنند و سقوط کنند؟ ساختار شیشه بسیار پیچیده است. سخت و قوی است، اما در عین حال شکننده است. برای چیزی بسیار رایج، علم پشت شیشه شکسته نیز پیچیده است.
چرا شیشه می شکند؟
در واقع، دلیل شکستن شیشه بسیار آسان به دلیل ساختار مولکولی آن است.شیشه از سیلیس ساخته شده است. سیلیس یک شبکه مولکولی صلب و تصادفی را تشکیل می دهد. برخلاف اکثر جامدات، اتمهای سیلیکون و اکسیژن در شیشه در زوایای تصادفی در یک الگوی نامنظم به هم متصل هستند.
این چیدمان نامنظم به شیشه شفافیت می بخشد و هنگام گرم شدن به راحتی به اشکال مختلف در می آید. با این حال، این همچنین به این معنی است که هیچ نقطه ضعفی وجود ندارد. در نتیجه، هنگامی که فشار خارجی اعمال می شود، شیشه به صورت ناهموار و کنترل نشده شکسته می شود. هر گونه نقص یا خراش سطح کوچک نیز می تواند به یک متمرکز کننده استرس تبدیل شود. هنگامی که یک ترک ایجاد می شود، به سرعت در سراسر مواد پخش می شود.
هنگامی که ترک ها شروع به گسترش می کنند، به سختی می توان آنها را متوقف کرد. حتی اگر پیوند بین اتم های سیلیکون و اکسیژن قوی باشد. اما تغییر جهت یا توقف در لبه عیب برای ترک مشکل است. به دلیل هندسه نامنظم پیوندهای سیلیکو-اکسیژن، آنها به سادگی از طریق شبکه تصادفی عبور می کنند.شیشه ایفاقد ساختار منظم است، بنابراین پیش بینی زمان شکست آن دشوار است.
تنها راه برای بهبود مقاومت در برابر ضربه شیشه، معرفی آرایش مولکولی منظم تر است. درست مثل ایمنی ازشیشه سکوریتبالا است، به این دلیل است که آرایش مولکولی آن مرتب است. با حرارت دادن سریع و سپس سرد شدن سریع، می توان تنش فشاری در داخل شیشه ایجاد کرد. این تنش ها به مقابله با گسترش ترک کمک می کند. بنابراین شیشه سکوریت می تواند بار بیشتری را تحمل کند. اما این بدان معنا نیست که نمی تواند شکسته شود. فقط به شکل ایمن تر می شکند. یعنی به جای تکه های تیز شیشه معمولی، به ذرات کوچک می شکند.
چرا گرما شیشه را می شکند؟
شیشه می شکند مگر زمانی که تحت تاثیر نیروهای خارجی قرار گیرد. همچنین هنگامی که تحت فشار حرارتی قرار می گیرد می شکند. در محیط های با دمای بالا، عدم تعادل دما باعث انبساط ناهموار شیشه می شود که به ساختار آن فشار وارد می کند. وقتی ناحیه ای از شیشه داغ می شود، انبساط رخ می دهد. اما مناطق خنک تر به همان سرعت گسترش نمی یابند.
بنابراین می توانید تصور کنید که یک قسمت شیشه به سرعت در حال انبساط است، در حالی که قسمت دیگر به آرامی منبسط می شود. در این صورت استرس در داخل شیشه ایجاد خواهد شد. بنابراین شیشه را می کشد و باعث تغییر شکل آن می شود. اگر این استرس ها خیلی شدید شوند،شیشه ایخواهد شکست. در واقع شیشه فقط برای کاهش استرس خودش شکسته می شود. اما به نظر ما شیشه خیلی شکننده است.
سطوح تنش حرارتی نیز به سه عامل بستگی دارد
اختلاف دما
هر چه اختلاف دما بین قسمت گرم و قسمت سرد شیشه بیشتر باشد، تنش بیشتر می شود.
سرعت تغییر دما
به طور کلی، هنگامی که دما به سرعت بالا می رود یا سرد می شود، سرعت انبساط یا انقباض شیشه سریعتر است. که باعث افزایش استرس می شود.
ضخامت و شکل شیشه
شیشه نازک تر و نامنظم تر احتمال شکستن آن بیشتر است. زیرا نمی تواند نوسانات دما را تحمل کند.
برای به حداقل رساندن تنش حرارتی، از قرار دادن شیشه در معرض تغییرات شدید یا سریع دما خودداری کنید. به عنوان مثال، آب جوش را روی شیشه سرد نریزید و شیشه را در معرض دمای انجماد قرار ندهید. این تغییر سریع دما باعث می شودشیشه ایاحتمال شکستن بیشتر است محافظت از شیشه در برابر تنش حرارتی کلید جلوگیری از شکستگی شیشه است. بنابراین باید در زندگی خود به محیط دمایی شیشه توجه کنیم.
