往玻璃杯里倒热水时,为什么有时玻璃杯会破裂?

发布网友发布时间：2022-04-23 04:03

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热心网友时间：2022-07-01 04:38

玻璃的破裂是由热应力引起的。常温或低温下的玻璃内部被热水加热，玻璃壁内热外冷，容易开裂。现在我将详细介绍1)这个裂纹是如何形成的，2)它出现在哪里，3)如何防止玻璃破裂。

1.玻璃裂纹的原因

如题主所说，玻璃碎的原因是倒热水。物体热胀冷缩是普遍规律，玻璃也不例外。不同的材料有不同的热胀冷缩效果，通常用热膨胀系数来表示。常见材料的热膨胀系数如下图所示。

热膨胀系数的物理意义是温度升高1k时材料伸长的量度。这个值越大，这种材料对温度越敏感。从上图可以看出，普通玻璃的热膨胀系数约为7.1e-6 /k.与钢、铜等一些金属相比，玻璃是一种不易热胀冷缩的材料。

2、裂缝的位置

其实初高中学过物理的同学都知道，物体会随热膨胀，随冷收缩，冷玻璃倒热水后容易爆裂。但是，如果没有系统地学习力学，就不应该知道机理。热胀冷缩只是一般原因。在这个一般原因下，玻璃是如何膨胀的，为什么会出现裂纹，裂纹出现在哪里？只有学了材料力学才有可能解决问题。

玻璃杯的破裂总是发生在倒水的瞬间。热水倒入冷杯中后，由于热水的加热，玻璃内侧的温度上升，但外侧还没有时间上升。这导致了上图所示的温度分布。红色代表高温，蓝色代表低温。从温度分布来看，其分布在周向和纵向都是均匀的。然而，在玻璃的厚度方向上，温度分布不均匀，并且存在温度梯度。正是这种厚度方向的不均匀导致玻璃爆裂。

我们来看看周向和纵向热胀冷缩，如上图。圆周方向会整体放大，纵向内侧会上升。由于玻璃口处于自由状态，内侧可以自由伸缩，所以很难产生纵向裂纹。但在圆周方向，内侧温度高，想膨胀，外侧温度恒定，不想膨胀。因此迫使内侧膨胀，推动外侧膨胀。然而，内部测量总是受到外侧的*，外侧处于压缩应力状态，而外侧由于内侧的压缩而处于拉伸应力状态。世界上绝大多数材料都是耐压和抗拉的，拉伸和压缩性能差别很大。例如，有机玻璃的抗拉强度为55 ~ 77兆帕，抗压强度为130兆帕。正是因为这种不对等的拉压性能，外层玻璃最先开裂。3.如何防止玻璃破碎

了解了以上原理，我们可以从以下几个方面来防止玻璃爆裂：

1)选择质量更高的玻璃。即选择热膨胀系数较小的玻璃材料，尽可能减少温度的影响。随着玻璃制造技术的提高，热膨胀系数已经远低于前期。

2)设计一个尺寸更合理的玻璃杯。玻璃爆裂的主要原因在于厚度方向的温度梯度。厚度越薄，温度梯度越大，热应力分布差异越大，更容易开裂。

和以前不一样，倒热水的时候玻璃容易爆裂。设计后，即使玻璃质量稍差，只要厚度足够，也不容易开裂。

4.摘要

玻璃爆裂是由于水杯厚度方向温度不均匀，导致热应力分布不均匀。内侧受压，外侧受拉。玻璃的拉伸极限应力小于压缩极限应力，所以外侧先开裂。

热心网友时间：2022-07-01 05:56

因为玻璃本来就是耐压不耐拉的材料，而且玻璃的厚度不均匀，温度的分布也不均匀，就会导致玻璃杯破裂。建议用玻璃杯喝水时，不要往杯里倒过热的水。

热心网友时间：2022-07-01 07:30

玻璃杯炸裂的原因是因为膨胀，因为杯里一倒入热水，杯子的内壁就会受热急剧膨胀，但是因为外壁还是保持原样，内层玻璃突然向外大力挤压，所以杯子就破裂了。

热心网友时间：2022-07-01 09:22

因为往玻璃杯里倒热水时，内壁与外壁接受的程度不一样，就会造成一个温度差，这样就会有一个力导致玻璃杯破裂。

热心网友时间：2022-07-01 11:30

这个要看玻璃的耐热温度。有一些玻璃杯能够承受100度的高温，有一些只能承受六十度。