Článek
Konvice cvakne, voda právě dovařila a člověk ji nalije do obyčejné sklenice. Někdy se nestane vůbec nic. Jindy se ozve ostré lupnutí a po stěně se rozběhne prasklina. Na první pohled to vypadá jako loterie nebo důkaz nekvalitního skla. Fyzika za tím je ale docela konkrétní.
Sklo se při zahřátí roztahuje. Jenže když do studené sklenice nalijete velmi horkou vodu, nezahřeje se celý materiál ve stejné chvíli. Nejprve dostane tepelný náraz vnitřní povrch. Vnější strana a hlubší vrstvy skla za ním zaostávají.
Jedna stěna, dvě různé teploty
Vnitřní část se chce začít roztahovat, chladnější okolní materiál jí v tom ale brání. Tím uvnitř stěny vzniká mechanické napětí. Sklo je pevné, ale křehké: neumí se výrazně plasticky deformovat jako některé kovy. Když lokální napětí překročí to, co konkrétní kus zvládne, existující mikroskopická vada nebo škrábanec se může změnit v prasklinu.
Proto dvě na pohled stejné sklenice nemusejí reagovat stejně. Rozhoduje počáteční teplota, tloušťka stěny, tvar nádoby, drobná poškození i to, jak rychle a kam přesně horkou vodu nalijete. Není tedy poctivé říct, že každá běžná sklenice při vroucí vodě praskne. Stejně tak ale není bezpečné předpokládat, že ji každá bez problémů snese.
Borosilikát se roztahuje podstatně méně
Velký rozdíl dělá samotný typ skla. Běžné sodnovápenaté sklo má vyšší součinitel teplotní roztažnosti než borosilikátové sklo používané například u laboratorního a části kuchyňského nádobí.
Technické údaje jednoho evropského výrobce uvádějí pro borosilikátové sklo koeficient lineární teplotní roztažnosti přibližně 3,3 × 10⁻⁶ K⁻¹, zatímco pro sodnovápenaté sklo zhruba 8,6 × 10⁻⁶ K⁻¹. Čísla nejsou návodem pro konkrétní hrnek, ale dobře ukazují princip: borosilikát při stejné změně teploty mění rozměry méně, takže se při prudkém teplotním rozdílu vytváří menší vnitřní pnutí.
Právě proto se v demonstračních pokusech s tepelným šokem soda-lime a borosilikát chovají rozdílně. Borosilikát bývá vůči rychlému ohřevu a ochlazení odolnější. Ani označení „borosilikát“ ale samo o sobě neznamená, že je libovolný výrobek nezničitelný.
Proč někdy sklenice rupne až po chvíli
Prasklina nemusí vystartovat přesně v okamžiku prvního kontaktu s vodou. Teplota se materiálem postupně šíří a s ní se mění i rozložení napětí. K tomu se přidávají drobné vady na povrchu. Škrábanec, odštěpek na okraji nebo starší náraz mohou vytvořit místo, odkud se trhlina rozběhne snáz.
Proto může nádoba několik podobných zalití přežít a prasknout až později. Není to nutně důkaz, že „tentokrát byla voda víc vroucí“. Materiál má svoji historii a pevnost konkrétního kusu není dokonale stejná jako u druhého.
Nejspolehlivější informace není internetový trik, ale údaj výrobce
U horkých nápojů má smysl používat nádobu, kterou výrobce pro horké tekutiny určil. Domácí rady typu „stačí dovnitř vložit kovovou lžičku“ mohou za určitých okolností část tepla odvést nebo změnit proudění, ale z obyčejné neznámé sklenice neudělají certifikovanou tepelně odolnou nádobu.
Stejně tak není dobrý nápad dělat si doma demonstrační pokus s vroucí vodou a studenou sklenicí. Když sklo selže, neudělá to vždy poslušnou prasklinkou – může se rozpadnout a současně je uvnitř kapalina blízko bodu varu.
Až tedy někdy sklenice při horké vodě lupne, není to záhada ani automaticky „šunt“. V několika milimetrech průhledného materiálu se na chvíli potkaly dvě různé teploty a dvě různé snahy o změnu rozměru. A křehké sklo ten spor někdy jednoduše nevydrží.
Zdroje
