早在17世纪中叶，巴达维亚的鲁伯特王子偶然间制作出一个色泽晶莹、形似眼泪的玻璃。他发现其水滴状的头部坚硬无比，但是稍微用力捏它的尾部，整个玻璃就会瞬间破碎。他将此物送给英格兰的国王查理二世后，这玻璃便迅速在贵族中名声大噪，并得名“鲁伯特之泪”。

    那它为何有如此神奇的特性呢？要想说明其中原理，首先要了解它的制作方法——将玻璃高温熔化后，让其依靠自身的重力滴入冰水中，形成蝌蚪状的“泪滴”，即鲁伯特之泪。

    那为什么会形成蝌蚪状的“泪滴”呢？为了简化问题，我们先从扁平的水滴开始分析。假设水滴具有旋转对称性，旋转对称轴过水滴重心的竖直轴，以此为前提，画出水滴纵截面的示意图，并选取水平面上任意一条直线为y轴，选取旋转对称轴为x轴，建立直角坐标系。设这个截面在第一象限的边界满足函数y=f（x）。对于静止在平面上的水滴，可以先简单按照球形形状估算重力势能和表面能的量级。由于液体层受力平衡，我们可以列出液体受力平衡方程，也就是函数y（x）需要满足的方程。经过运算可以看出，液体的形状由表面张力能和重力势能共同决定，和能量的观点预期相符。

    高温状态下，玻璃熔化后滴落于冰水中，会瞬间遇冷凝固，而玻璃的最外层由于率先与冰水接触而凝固，但此时内部的液态玻璃却还未完全冷却，受到一部分重力的作用，形成水滴形。再加上热胀冷缩效应，玻璃的外层出现很强的压应力。同时因内部不断收缩，外部组成玻璃的二氧化硅分子会不断收紧，在玻璃内层又形成了较强的张应力。压应力和张应力不断平衡难以打破。

    2017年，爱沙尼亚的塔林理工大学教授希勒·阿边利用传输偏光镜，以红色测光的光学延迟，来观测玻璃滴的构造和应力分布。他发现，在高达700兆帕斯卡的压力下，液滴头部具有非常高的表面压缩应力，这个压缩层具有约为7000个大气压的强度，此强度可以抵抗20吨的液压力量，和高速飞行的子弹碰撞也不落下风。

    由于鲁伯特之泪的形状细长，产生的应力甚微，只需用手指轻掰，尾部的平衡就会被打破，同时这种破碎会沿着玻璃制作的过程中形成的蔓延整块玻璃的微裂纹，让鲁伯特之泪瞬间瓦解。

    （作者系华中农业大学名师工作室教学文化团队成员）