คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าทำไมแก้วไวน์ถึงแตกเป็นชิ้น ๆ เมื่อกระแทก? หรือมีช่วงหนึ่งที่เกิดความกลัวว่ากระจกผนังอาคารจะพังทลายลงมา? โครงสร้างของกระจกมีความซับซ้อนมาก มันแข็งและแข็งแกร่ง แต่ในขณะเดียวกันก็เปราะบาง สำหรับบางสิ่งที่ธรรมดามาก วิทยาศาสตร์เบื้องหลังกระจกแตกก็มีความซับซ้อนเช่นกัน
ทำไมกระจกถึงแตก?
ที่จริงแล้ว สาเหตุที่กระจกแตกง่ายก็เนื่องมาจากโครงสร้างโมเลกุลของมันแก้วทำจากซิลิกา- ซิลิกาก่อตัวเป็นโครงข่ายโมเลกุลแบบสุ่มที่เข้มงวด อะตอมของซิลิคอนและออกซิเจนในแก้วต่างจากของแข็งส่วนใหญ่เชื่อมต่อกันด้วยมุมสุ่มในรูปแบบที่ไม่ปกติ
การจัดเรียงที่ไม่เป็นระเบียบนี้ทำให้กระจกโปร่งใส และง่ายต่อการจัดรูปทรงเป็นรูปทรงต่างๆ เมื่อถูกความร้อน อย่างไรก็ตามนี่ก็หมายความว่าไม่มีจุดอ่อนเช่นกัน เป็นผลให้เมื่อใช้แรงกดจากภายนอก กระจกจะแตกเป็นหยักในลักษณะที่ไม่สามารถควบคุมได้ ข้อบกพร่องหรือรอยขีดข่วนเล็กๆ น้อยๆ บนพื้นผิวก็อาจกลายเป็นตัวก่อให้เกิดความเครียดได้เช่นกัน เมื่อเกิดรอยแตกร้าว มันจะกระจายไปทั่ววัสดุอย่างรวดเร็ว
เมื่อรอยแตกร้าวเริ่มกระจายออกไป ยากที่จะหยุดได้ แม้ว่าพันธะระหว่างอะตอมของซิลิคอนกับออกซิเจนจะแข็งแกร่งก็ตาม แต่รอยแตกร้าวจะเปลี่ยนทิศทางหรือหยุดที่ขอบตำหนิได้ยาก เนื่องจากรูปทรงที่ไม่สม่ำเสมอของพันธะซิลิโก-ออกซิเจน พวกมันจะยังคงผ่านเครือข่ายสุ่มต่อไปกระจกขาดโครงสร้างที่เป็นระเบียบ ดังนั้นจึงยากต่อการคาดเดาว่าจะพังเมื่อใด
วิธีเดียวที่จะปรับปรุงความต้านทานแรงกระแทกของแก้วได้คือการแนะนำการจัดเรียงโมเลกุลที่เป็นระเบียบมากขึ้น เช่นเดียวกับความปลอดภัยของกระจกนิรภัยสูงเพราะว่ามีการจัดเรียงโมเลกุลตามลำดับ ด้วยการให้ความร้อนอย่างรวดเร็วแล้วจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว จะทำให้เกิดแรงอัดภายในกระจกได้ ความเครียดเหล่านี้ช่วยต่อต้านการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว กระจกนิรภัยจึงสามารถทนต่อภาระที่สูงกว่าได้ แต่นั่นไม่ได้หมายความว่ามันไม่สามารถแตกหักได้ มันแค่พังในรูปแบบที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น นั่นคือมันจะแตกออกเป็นอนุภาคเล็กๆ แทนที่จะเป็นเศษแก้วธรรมดาๆ ที่แหลมคม
ทำไมความร้อนถึงทำให้กระจกแตก?
กระจกจะแตกยกเว้นเมื่อโดนแรงภายนอก นอกจากนี้ยังแตกหักเมื่ออยู่ภายใต้ความเครียดจากความร้อน ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ความไม่สมดุลของอุณหภูมิทำให้กระจกขยายตัวไม่สม่ำเสมอ ซึ่งสร้างแรงกดดันต่อโครงสร้างของกระจก เมื่อบริเวณกระจกร้อน จะเกิดการขยายตัว แต่ภูมิภาคที่เย็นกว่าจะไม่ขยายตัวในอัตราเดียวกัน
คุณคงจินตนาการได้ว่าส่วนหนึ่งของแก้วกำลังขยายตัวอย่างรวดเร็ว ในขณะที่อีกส่วนหนึ่งกำลังขยายตัวอย่างช้าๆ ในกรณีนี้จะเกิดความเครียดภายในกระจก มันเลยดึงกระจกจนเสียรูป หากความเครียดเหล่านี้รุนแรงเกินไปกระจกจะแตก ที่จริงแล้วกระจกแตกเพียงเพื่อลดความเครียดของตัวเองเท่านั้น แต่ในความเห็นของเรา กระจกเปราะบางเกินไป
ระดับความเครียดจากความร้อนยังขึ้นอยู่กับปัจจัยสามประการด้วย
ความแตกต่างของอุณหภูมิ
ยิ่งอุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างส่วนที่ร้อนและส่วนที่เย็นของแก้วมากเท่าไร ความเค้นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
ความเร็วของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ
โดยทั่วไปแล้ว เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นหรือเย็นลงอย่างรวดเร็ว อัตราการขยายตัวหรือการหดตัวของกระจกก็จะเร็วขึ้น ซึ่งทำให้เกิดความเครียดเพิ่มขึ้น
ความหนาและรูปร่างของกระจก
กระจกที่บางกว่าและมีรูปร่างผิดปกติมีแนวโน้มที่จะแตกหักมากกว่า เพราะไม่สามารถทนต่อความผันผวนของอุณหภูมิได้
เพื่อลดความเครียดจากความร้อน ให้หลีกเลี่ยงการวางกระจกให้สัมผัสกับอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วหรือรุนแรง ตัวอย่างเช่น อย่าเทน้ำเดือดลงบนกระจกที่เย็นจัด และอย่าให้กระจกสัมผัสกับอุณหภูมิที่เยือกแข็ง การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วนี้ทำให้กระจกมีแนวโน้มที่จะแตกหักมากขึ้น การปกป้องกระจกจากความเครียดจากความร้อนเป็นกุญแจสำคัญในการป้องกันการแตกหักของกระจก ดังนั้นเราจึงควรใส่ใจกับอุณหภูมิของกระจกในชีวิตของเราด้วย
