Question

Если налить кипяток в стакан, изготовленный из обычного стекла, он часто лопается, а стакан из кварцевого стекла остается целым. Почему? Может быть, потому что он слишком тонкий, но оказывается, как раз толстые стаканы самые непрочные в этом отношении: они лопаются чаще, нежели тонкие. Аналогично ведут себя тонкие стаканы с толстым дном. Лопаются также стаканы и фарфоровые чашки с толстым кольцеобразным выступом внизу.
Для того, чтобы стаканы не трескались от кипятка, опытные хозяйки, прежде чем разливать чай по стаканам, не забывают положить в них ложки, особенно если они серебряные. Житейский опыт выработал вполне правильное решение. На чем оно основано?

Answer 1

Причиной того, что лопается стакан из обычного стекла при наливании в него кипятка, является неравномерное расширение стекла. Горячая вода, налитая в стакан, прогревает его стенки не сразу: сначала нагревается внутренний слой стенок, в то время как наружный не успевает еще нагреться. Нагретый внутренний слой тотчас же расширяется, наружный же остается пока неизменным и испытывает, следовательно, сильное давление изнутри. Происходит разрыв наружного слоя - стекло лопается.
Если взять стаканы с толстыми стенками, то он будет лопаться чаще, нежели тонкие. Это и понятно: тонкая стенка прогревается быстрее, в ней быстрее устанавливается равномерная температура и одинаковое расширение, -не так как в толстом, медленно нагревающемся слое стекла.
В химических лабораториях пользуются очень тонкими сосудами и кипятят в них воду прямо на горелке, не тревожась за целостность сосуда. С другой стороны, очевидно, что идеальной посудой была бы такая, которая совсем бы не расширялась или в крайнем случае расширялась бы, но очень слабо. К таким материалам относится кварцевое стекло. Оно расширяется примерно в 20 раз меньше, чем обычное стекло. Посуда из кварцевого стекла может нагреваться при любых условиях и не будет лопаться. Кроме того, кварцевая посуда удобна для лабораторного употребления еще тем, что она очень тугоплавка: кварц плавится при температуре 1700°С.
Стаканы из обычного стекла могут лопаться не только при быстром нагревании, но и при резком охлаждении. Причина - неравномерное сжатие: наружный слой, охлаждаясь, сжимается и сильно сдавливает внутренний слой, еще не успевший охладиться.
Теперь о чайной ложке в стакане. Резкое различие в нагревании внутреннего и наружного слоя стенок бывает лишь тогда, когда в стакан сразу наливается очень горячая вода; вода теплая не вызывает резкой разницы в нагревании. От теплой воды посуда не лопается. При наливании кипятка в стакан с ложкой горячая жидкость, попав на дно, прежде чем нагреть стекло (которое плохо проводит тепло), успевает отдать часть своей теплоты хорошему проводнику -металлу; температура жидкости понижается; из горячей делается теплой и поэтому почти безвредна. Металлическая ложка в стакане (особенно если она массивна) сглаживает неравномерность нагревания стакана и тем самым предотвращает растрескивание стакана.