Помимо стекла мы много используем металл и пластмассу, но ничто не интригует так, как хрупкое, но прочное; прозрачное, разноцветное; отражающее и пропускающее через себя стекло. Мы можем не видеть его, но оно будет продолжать свое существование.
Стекло использовали еще 5 000 лет назад в Месопотамии – тогда этот уникальный прозрачный материал служил основой «ювелирных» изделий – цветных блестящих шариков или бисера. Сегодня же стекло используется для устройства больших вертикальных поверхностей из ничего. Стеклянные окна впервые появились в Древнем Риме.
Сегодня люди продолжают совершенствоваться в искусстве использования стекла. Уже даже придумали самомоющееся стекло или стекло, затемняющее жилье одним щелчком выключателя. Но особенно мы оценили суперпрочное стекло на экранах смартфонов и планшетов – это то, в чем мы давно нуждались. Все это возможно благодаря законам физики.
Как приготовить стекло
Да, и у стекла есть рецепт, при желании доступный каждому. Итак, идем на пляж, захватив с собой ведро, в которое совком насыпаем песок. Разводим костер, в котором доводим песок до жидкого состояния. Затем массу нужно срочно охладить и получить таким образом стекло.
Еще есть рецепт от испытателей первой атомной бомбы в пустыни Нью-Мексико – у них тогда круг песка диаметром километр превратился в радиоактивное зеленое стекло.
Стекло – это жидкость
Растопи лед, затем полученную воду заморозь – ты получишь практически то же самое, что было изначально. С песком так не выйдет. Расплавленный песок можно разливать, как жидкость. Но когда стекло остывает, атомы не занимают в нем упорядоченного положения, которое свойственно твердому веществу.
В таком случае внутри стекла создастся случайная структура, нечто среднее между хаосом и упорядоченностью твердого вещества. Такое состояние называется аморфным, или полутвердым, а также состоянием замерзшей жидкости.
Часто в книга можно встретить утверждение, что стекло – это жидкость. Но это не так. Говорят, что что у старых окон низ толще, чем верх, потому что стекло медленно «стекает» вниз. Ложность этого утверждения доказана.
Ученые утверждают, что причиной заблуждения стал традиционный метод изготовления стекла (кронгласа): толстое стекло нужно было раскатать в большие круги, разрезать по размеру, а затем уже вставить в оконные рамы. Оно часто выходило неравномерной толщины, и обычно его помещали в раму толстым концом вниз. Вывод: стекла в старых домах не текут вниз.
Такое невесомое, но такое тяжелое
Своим обманчивым прозрачным и «пушиночным» видом стекло вводит нас в заблуждение. На то, что оно оказывается таким тяжелым, есть и физические причины, но психологические все-таки сильнее. Стекло — твердое тело. Объем листа стекла размером 2 × 3 м и толщиной 2 см составляет 120 л. Легко прикинуть, сколько будут весить 120 литровых бутылок с водой. Но стекло — твердое вещество, а не жидкость. При равном объеме вес листового стекла — где-то между льдом и металлом. Например, наш лист стекла должен иметь массу около 300 кг.
Стекло – прозрачно, и мы воспринимаем его как несуществующее, ожидаем от него легкости. Но как бы мы его себе не представляли – состоит стекло из бесчисленного количества атомов.
Пуленепробиваемого стекла не существует
«Пуленепробиваемое стекло» — терминологическая нелепица. Такого материала не существует. То, что нам подают под таким названием – ни стекло, и не пуленепробиваемое. Можно назвать этот материал «пулесопротивляющимся». Получается такая масса путем скрещивания нескольких слоев стекла и пластмасс наподобие пленки.
Когда в него попадает пуля, ее энергия рассеивается по слоям. Появляются трещины, но пленка предупреждает распадание на куски и поглощает большую часть энергии летящего тела.
Прозрачность стекла
Причина прозрачности стекла – его атомарная структура. В стекле нет свободных электронов, они полностью связывают его аморфную структуру, свободных электронов нет. Для их возбуждения понадобится значительная энергия. Они не могут поглощать фотоны видимого света, как металлы. Поэтому эти фотоны свободно «пронзают» структуру стекла.
Атомы последнего даже не «замечают» их, не взаимодействуют с ними. Когда мы используем ультрафиолетовый свет с фотонами, обладающими большей энергией по сравнению с видимой частью спектра, стекло их поглотит. Поэтому под ультрафиолетовым освещением оно выглядит непрозрачным и темным.
