座椅头枕难以砸碎的侧窗钢化玻璃，破窗器为什么可以轻易击碎？

每到夏季，台风肆虐。伴随而来的大暴雨，淹没了城市。暴雨如注，开车的人甚至稍微有一点犹豫，就可能已经水没车身了。这种情况下，由于外侧的水压死死抵住车门，想要轻易打开车门难度较大。浸水之后，电控系统大概率失灵，车窗也难以“摇”下。此时，破窗才是最佳选择。座椅头枕是很多科普视频中推荐的砸窗工具，但是由于车内空间狭小，破窗效率低下。

前几天看到一种不是安全锤的破窗神器，将之顶住车窗玻璃，就可以轻松击碎，看起来毫不费力。汽车侧窗玻璃也是钢化玻璃，用座椅头枕也得砸好几十下方可砸碎，这个破窗器却只用顶、不用砸就可以击碎玻璃，到底是怎么回事？

先了解一下钢化玻璃破碎的力学原理吧。钢化玻璃强度之所以高，在于其处理工艺过程中在外层形成了一层薄薄的致密的受压层，而在内层则是受拉状态。外载作用在钢化玻璃上，首先得抵消掉外层的压应力，才能破碎玻璃。不同的处理工艺，内外拉压应力值也会不同，造就了不同强度的钢化玻璃。这个“强度”可以分成2类，静强度和动强度。比如，汽车侧窗一般是T2级别，强度是200MPa，汽车前档则是T3级别，强度300MPa。这里的200MPa、300MPa就是静强度。而汽车玻璃一般是一级或二级钢化玻璃，抗冲击强度分别是60、45J/m2，这里的60 J/m2、45J/m2就是动强度。简单来说，静强度代表的是力，动强度代表的是能量。实际发生破坏的时候，首先达到“静”强度，玻璃处于裂纹萌生的临界点，然后达到动强度，萌生的裂纹完全扩散出去。

无论是用安全锤或者座椅头枕砸，还是用破窗神器，都是物理破坏，都必须满足刚刚说的钢化玻璃破碎原理。根据这个破碎原理，想要破开钢化玻璃的防，其实很简单，主要看这三个要素：冲击的速度、物体的质量，以及接触的面积。冲击的速度、物体的质量直接决定了物体的动能，这部分的动能就可以用来克服动强度。接触的面积直接决定了受力区域的应力，这个应力就可以用来克服“静”强度。

配图来自图虫网

座椅头枕砸玻璃的时候，其本身体型较大，质量分布分散，虽然砸向玻璃的接触面积挺小的，但是冲击速度不够，狭窄的空间缺乏加速的路程。另外，头枕的金属杆并不是专门用来砸窗的，其材质未经特殊处理，而钢化玻璃硬度较大，砸的时候金属材质更易发生变形。所以，砸窗效率较低。那破窗神器是怎么破窗的呢？

我买了一个，还买了很多钢化玻璃。这东西非常小巧，重点就是一端顶住玻璃后，这端会被压进去，压到一定程度，里面的钢针就会弹出，击碎玻璃。

这个破窗神器，具备了前面三因素中的2个，即冲击速度和接触面积。虽然神器本身质量很轻，但是冲击速度大，弥补了自身的质量缺陷，产生的动能较大，顶针经过特殊处理，硬度和刚度都足够，不易变形，尖端面积小，易产生较大的应力，从而破除钢化玻璃的外层压应力防御层。神器内部有弹簧，当我们这样压的时候，我们把能量传递给了弹簧，并存储了起来，压到一定程度后，触发机关，释放弹簧，弹性势能全部传给顶针，变成顶针的动能。弹簧刚度越大，压缩的行程越长，那么顶针的动能就越大，也就能破碎更厚的玻璃。

所以说，这个破窗神器全靠这个内部的弹簧。台风天气，希望同学们注意安全。

本文为科普中国·星空计划扶持作品

作者：王永健

审核：周晓亮

出品：中国科协科普部

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