¿Por qué se rompe el vidrio?

Naturalmente, bajo una carga lo suficientemente alta, todo finalmente se romperá, no solo el vidrio. Así que creo que quizás el interlocutor realmente pregunta esto: ¿por qué el vidrio se rompe tan fácilmente en comparación con, digamos, un metal? Eso es lo que abordaré aquí.

La razón por la cual las fracturas de vidrio son tan fáciles es que es frágil. Los metales generalmente no son tan frágiles; así se rompen mucho menos fácilmente. Pero esta información no es tan útil, ya que ahora plantea la pregunta de por qué el vidrio es mucho más frágil que un metal.

La plasticidad ocurre por esfuerzo después de ceder. Es decir, bajo carga, un material dúctil como el metal alcanza su límite elástico, continúa alargándose y finalmente se fractura. Para este caso, el límite elástico es menor que el límite de fractura, que es lo que permite que el material manifieste plasticidad post-cementación antes de la fractura. Es esa plasticidad macroscópica que es característica de los materiales dúctiles.

Para materiales quebradizos como el vidrio, en contraste, sus límites de elasticidad son mayores que sus límites de fractura. En consecuencia, durante la carga, la resistencia a la fractura se alcanza antes de que el límite elástico sea el resultado de que el material se fractura antes de que haya tenido la oportunidad de ceder y deformarse plásticamente. Por lo tanto, dicho material exhibe poca o ninguna plasticidad antes de romperse; es frágil

Entonces, surge la pregunta de por qué el límite elástico es mayor que el límite de fractura del vidrio, mientras que en los metales dúctiles el límite elástico es menor que el límite de fractura. La razón tiene que ver con el tipo de unión atómica en metales versus cerámica y cómo esa unión afecta el estrés por fricción de dislocación. Esencialmente, las dislocaciones se mueven mucho más fácilmente a través de la estructura reticular para materiales dúctiles, pero son prácticamente inmóviles para materiales frágiles, y son estas tendencias opuestas para el movimiento de dislocación las que explican las diferentes magnitudes relativas del límite elástico y la resistencia a la fractura en los materiales dúctiles en comparación con los materiales frágiles. . Esta respuesta mía explica todo esto con mucho más detalle:

La respuesta de Felix Chen a ¿Por qué los materiales frágiles tienen la máxima resistencia a la tracción y no producen resistencia?

La teoría anterior se refiere a materiales cristalinos como ciertos vidrios metálicos calentados a las temperaturas correctas. Para materiales amorfos como el vidrio de ventana, también se aplican consideraciones análogas, excepto que los defectos en cuestión se relacionan con el volumen libre atómico local y no están tan bien definidos como las dislocaciones. Sin embargo, es probable que estos “defectos” junto con la fuerte unión química contribuyan a la fragilidad de los vidrios amorfos.

Por cierto, la presencia de defectos también mejora en gran medida la incidencia de fracturas del vidrio, pero influye menos en la propensión a la fractura de los metales. El efecto de los defectos es mucho más pronunciado para un material quebradizo porque la fragilidad evita la disminución de las concentraciones de estrés asociadas. Como antes, la razón fundamental vuelve a los enlaces químicos y cómo afecta eso a los desplazamientos atómicos.

Ahh, este es uno controvertido!

En primer lugar, el vidrio es frágil.

El vidrio es frágil porque no tiene una buena estructura cristalina ordenada de área grande. Si lo hiciera, sería como una chapa de acero, donde se abolla y deforma en lugar de romperse.

Cuando la tensión excede la resistencia del vidrio, se rompe.

En segundo lugar, el vidrio se rompe debido al calor.

La aplicación de un cambio de temperatura a un lado del vidrio provoca la expansión o contracción. Debido a que el vidrio no es un buen conductor, el vidrio no se expande ni contrae uniformemente a través del panel.

Debido a que el vidrio es frágil, la tensión impartida hace que se rompa, se rompa o explote.

Podemos pensar en el vidrio como una estructura de cristal complicada (que en realidad no lo es, pero esto no es esencial para lo siguiente). Cuando la tensión excede algún valor umbral, debido a que la anisotropía de la presión de un cristal aumenta en alguna dirección específica y las mujeres comienzan a despegarse entre sí.

El impulso transferido al vidrio debe estar por encima de algún valor crítico para que no tenga tiempo de disiparse en el vidrio, sino que se mantenga concentrado.

Esta es una respuesta cualitativa, no cuantitativa. Esperemos que los físicos de materia condensada respondan mejor.