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おもしろ科学実験室(工学のふしぎな世界)

カナヅチで叩いても壊れない!?驚異のガラスをつくる

2020年10月30日
筑波技術大学 産業技術学部

はじめに

 驚くほど硬いガラス「オランダの涙」。滴型形状となっているこのガラスの頭部は非常に硬く、ハンマーで叩こうと、銃弾で打たれても壊れません。ところが、滴型のしっぽの部分を少しでも折ると全体が爆発するかのように砕け散ってしまいます。この「オランダの涙」、別名「ルパートの滴」は1661年にイギリスで行われた実験に立ち会ったカンバーランド公ルパートにちなんでいます。17世紀にはヨーロッパのガラス工房でその存在が知られており、簡単に作ることができますが、400年もの間、何故、このような特性を持つかということについては解明されなかった驚異のガラスです。インターネット上でも「オランダの涙」に関して様々な方が紹介されていますので、皆さんも自分で作って体験してみてはいかがでしょうか。

準備するもの

  • ガラス棒(写真はソーダ石灰ガラス)
  • ガストーチ
  • ステンレス製ビーカー(水を入れておきます)
  • 耐熱手袋
  • ピンセット
  • 保護メガネ
  • 厚手のビニール袋
  • ペンチ
  • 偏光板(2枚)
  • カナヅチ

『オランダの涙』の作製

  1. ガストーチでガラス製かくはん棒の先端を加熱し溶融させ、水に落とし入れる。

  2. 冷えたガラスの塊、『オランダの涙』を取り出す。(オタマジャクシのしっぽが長く伸びたような滴型です。)

実験

 偏光板を使って『オランダの涙』の内部がどのようになっているのか観察します。外側と内側で光の屈折の仕方が異なっていることが観察できます。

 オランダの涙を厚手のビニール袋に入れます(飛び散る可能性があるので)。滴型の頭部(大きく、丸くなっている部分)をカナヅチで強くたたいてみます。頭部はかなり硬く、めったなことでは壊れません。(傷が付いているように見えますが、これはビニール袋が破けているだけです。)

 次に、しっぽの部分をペンチで挟みます。しっぽの端を折ると今度は『オランダの涙』全体が爆発するかのように砕け散ります。

まとめ

 溶けたガラスの滴を水に落とし入れることで、外側が内側よりも急激に冷えて固まります。内部も徐々に冷却されるため、収縮しながら固まっていきますが外側がすでに固まっているので、表面には内部に向かう強い圧縮の力がかかった状態の大きな歪(光の屈折の仕方が異なる原因)が残ります。そのため、表面が非常に硬いガラス『オランダの涙』を作ることができます。しかし、ガラス内部は全体の均衡状態を保つために強い引張の力が加わった状態となっています。そのため、表面の一部が壊れてしまうと、均衡状態が保てなくなり内部の引張の力によって全体が粉々に砕け散ってしまいます。

 今回ご紹介したような特性は、現在、強化ガラスの作製などに応用されています。そのため、我々も知らぬ間に様々な場面でその恩恵にあずかっています。目に見えない『力』も、現在は目に見える形で分かりやすく示すことができるようになっています。見えないから分からないと、あきらめるのではなく、知りたいと思う気持ちを持つことが大切なのかもしれませんね。

※このページに含まれる情報は、掲載時点のものになります。

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