不管你是个汽车迷、科技迷,或者单纯只是个马斯克迷,都应该记得前不久马斯克在地球人面前出的一个洋相:他的新防弹汽车的玻璃在发布会上被当众砸了一个洞——而他原本是想演示那块玻璃可以阻挡子弹的 。
左侧车窗玻璃被砸了个洞
马斯克的新款特斯拉Cybertruck是一辆面向大众的电动皮卡,它有棱角分明的帅酷外形,乍一看很有点F117的未来感 。这款起步价不到4万美元的皮卡车不仅“智能”,更重要的是它的车门由厚达3毫米的301不锈钢制成,据称车窗玻璃还能抵挡9毫米手枪子弹近距离射击,俨然成了一辆装甲车 。
当然了,在新车发布会上,这块“TESLA ARMOR GLASS(特斯拉防弹玻璃)”前车窗被铁球砸出了一个手指头大小的洞,说明防弹玻璃还有改进的空间 。
可以看出砸的力度并不大
3毫米的不锈钢能防弹?军迷们一定把头摇得像拨浪鼓 。确实,在15米的距离内,能勉强抵挡9毫米手枪子弹的,只有3毫米以上的马氏体钢板,并且这种经过硬化处理的特种钢的布氏硬度应该大于500,那决不是301(奥氏体)不锈钢能够做到的,更不用说普通家用轿车薄薄的镀锌钢板了 。
如果你敢在这样的车门后面躲子弹,十有八九被打成筛子 。
用车门挡子弹是愚蠢的
普通钢板的防弹能力很差,无论是7.62毫米的AK47步枪弹还是5.56毫米北约标准步枪弹,都可以在100米的距离内射穿10毫米厚的钢板,更不用说一碰就碎的玻璃了 。
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步枪弹可以射穿10毫米厚钢板
但是防弹玻璃除外,在同样的距离,它甚至能阻挡住狙击步枪的子弹 。这到底是为什么呢?
子弹很软,玻璃很脆子弹通常由铅制成,铅太软,因此需要在它的外面包一层铜披甲 。这样一方面可以保证弹头拥有更高的密度,又不至于在枪管里变形 。
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大部分子弹中间是铅外壳是铜
与子弹相比,玻璃要硬许多倍 。但是玻璃有一个毛病就是它不容易变形,很脆 。当子弹高速撞击玻璃时,它的所有动能都会集中到撞击点上,玻璃在撞击点附近发生破碎 。这样一来子弹穿过玻璃后的动能损失很小,它依然具有强大杀伤力 。
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子弹穿透玻璃
要想阻挡高速运动的子弹,我们需要使它的动能降为零,这并不容易 。根据能量守恒原理,子弹的动能不会凭空消失,它需要被转化成其它能量,比如说热能 。
当子弹撞击目标时,它会将全部能量作用于目标以及它自身 。如果目标的强度很高,子弹自身就会变形甚至分崩离析,就像下面这颗铅弹撞击墙壁一样 。
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铅弹破碎的过程
玻璃的硬度高于子弹,当子弹撞击玻璃时会发生变形,但我们在前面分析了,由于玻璃很脆,它无法通过弯曲来吸收子弹的能量,子弹自身的变形也有限,因此玻璃只会在撞击点被射穿一个小洞 。
防弹玻璃是如何工作的?厚钢板或水泥墙不会被子弹穿透,但许多时候我们需要良好的视野 。薄的玻璃无法抵挡子弹,你不能指望为银行的橱窗设计1米厚的玻璃墙,更没办法将50厘米厚的玻璃窗安装到汽车的车门上,这时候我们需要用到力学原理来解决这一悖论 。
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在玻璃窗上贴PVB膜可以增加安全性
PVB树脂(聚乙烯醇缩丁醛)是一种应用非常广泛的高分子材料,它无色透明,光折射率与玻璃接近,有非常强的柔韧性,粘性强 。当我们在两块玻璃板之间夹一层PVB时,它就能发挥出以下三种有益特性:
- PVB的高韧性使子弹的冲击力不再集中于一点,而是分布在更大面积的玻璃板上;
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防弹玻璃的碎裂面积更大,这分散了子弹的冲击力
- PVB的高黏性能将玻璃碎片粘合在一起,玻璃比子弹的硬度更高,因此它将迫使子弹更多地产生变形甚至破碎;
- PVB的中间层具有粘弹性,在受到撞击的过程中,以及撞击发生后的静态载荷下它会发生塑性变形,塑性变形与玻璃的脆性变形一同发生,这种变形将子弹的大部分动能转化为热能,从而吸收子弹的能量并减少子弹的穿透力 。
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