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发布时间:2016-07-14 10:28:28

   锤子砸钻石,这是断裂力学的范畴,不是传统材料力学的范畴。讨论这个问题,不应该混淆strength(强度)hardness(硬度)fracture toughness(断裂韧性)这几个完全不同的概念。

   先说结论,维基百科关于钻石的页面上(Material properties of diamond)就有现成的结论:

   Because of diamond's perfect and easy cleavage, it is vulnerable to breakage. A diamond will shatter if hit with an ordinary hammer.(因为钻石的完美和容易裂解,它很容易破损。如果用锤子击中钻石的话它将会断裂。)

   为什么呢?因为钻石的断裂韧性一点也不好。简单说,锤子砸一个像钻石那么大小的东西,东西会不会碎裂,基本上取决于这个东西的断裂韧性的大小。断裂韧性传统上用K (断裂韧性,单位帕乘以米的平方根)衡量,对于非线性也可以用J integral (energy release rate,单位焦耳每平方米)衡量。

   钻石的断裂韧性是多少呢?维基百科给出的数据是2 MPa·m^(1/2)。这是个什么概念呢?我们可以跟生活中常见的材料比较一下。单位相同,都是兆帕乘以米的平方根,

   钻石2玻璃1混凝土0.21铝合金2060钢材50140

   显然,钻石跟玻璃、混凝土基本相同,跟钢材相比,几乎差了两个数量级。

   所以,锤子砸钻石,跟砸小玻璃块、小混凝土块的效果是类似的,想做砸钻石的实验,不需要土豪赞助,只需要拿锤子砸一砸玻璃块,就能模拟出近似的结果。

   而锤子砸小钢块的效果则完全不同,你可能会把小钢块砸扁,可能会砸出火花,但很难把小钢块砸碎。原因就在于钢材的断裂韧性非常之高。反过来,这也是为什么我们用的锤子是钢做成的,而不是玻璃或者混凝土做成的。

   我们是怎么知道这些断裂韧性的数值的呢?当然是做实验测出来的。比如我们期末作业就是任选一种食物,用家庭自制实验设备,测定这种材料的断裂韧性。

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