问题

玻璃的镜面很平整,为什么看建筑物却是波浪型的 ?

回答
玻璃的镜面之所以看起来平整,是因为它在制造过程中经过了高度抛光,表面非常光滑,几乎没有肉眼可见的凹凸不平。然而,当我们用这种平整的玻璃观察建筑物时,出现波浪形的视觉效果,这并非玻璃本身真的产生了波浪,而是由于光的折射和反射,以及人眼视觉感知的综合作用。

为了详细解释这一点,我们可以从以下几个方面来分析:

一、 光的折射和反射原理:

光的折射: 当光线从一种介质(例如空气)进入另一种介质(例如玻璃)时,由于两种介质的密度和光速不同,光线的传播方向会发生偏折,这就是折射。玻璃的折射率是一个常数,但玻璃的厚度、表面的微小不平整(即使是肉眼看不到的)以及玻璃内部可能存在的细微结构差异,都会导致光线在穿过玻璃时发生轻微但累积的偏折。
光的反射: 当光线遇到玻璃表面时,一部分光线会被反射回来。即使是“平整”的玻璃表面,也并非绝对光滑到原子级别。存在着极其微小的起伏。当光线照射到这些微小起伏的表面时,会产生不同方向的反射光。

二、 玻璃本身的性质和制造过程:

并非绝对平整: 尽管玻璃的镜面看起来非常平整,但实际上它不可能达到绝对的光滑。在显微镜下,玻璃表面仍然存在着纳米级别的粗糙度。这些微小的起伏,在光学上被称为“表面形貌”。
厚度不均匀性: 即使是同一块玻璃,其厚度也可能存在极其微小的差异。这些差异会影响光线通过玻璃时的折射角度。
内部应力: 在玻璃的制造和冷却过程中,可能会产生内部应力。这些应力会改变玻璃内部的折射率,从而导致光线在穿过玻璃时发生一定程度的扭曲。
退火过程: 玻璃在制造过程中需要经过退火处理,以消除内部应力并提高其稳定性。然而,退火过程的均匀性也会影响最终的折射特性。
玻璃的“灵魂”: 在一些高端光学玻璃的制造中,对平整度和内部均匀性有极高的要求。即使是这些“高级”玻璃,在极端精密的测量下也会发现微小的偏差。

三、 观察视角和光线传播路径:

不同角度的光线: 当你观察建筑物时,你实际上是在接收从建筑物反射出来的光线。这些光线穿过玻璃,然后进入你的眼睛。由于你的视角不同,你接收到的光线是从建筑物的不同点发出的,它们穿过玻璃表面的不同区域。
累积效应: 即使玻璃表面的微小起伏或内部应力引起的折射偏折非常小,当这些光线穿过大面积的玻璃时,这些微小的偏折会累积起来,导致最终的视觉效果出现“波浪”或“变形”。
类比: 想象一下,你在一张纸上画很多非常细小的波浪线。如果只看一小段,你可能看不出明显的波浪。但如果你把整张纸展开,并从侧面观察,这些细小的波浪线累积起来就会形成一个明显的波浪形。玻璃的情况也是类似的,只不过波浪的幅度非常微小,需要通过光线累积效应才能显现。

四、 人眼的视觉感知和大脑的解释:

视觉对比: 人眼对相对平整表面的微小变化非常敏感。当玻璃表面看似平整,但传递的光线却被轻微扭曲时,大脑会将其解读为一种“不平整”或“波浪”的效果,因为这与我们预期到的直线传播的光线不符。
大气干扰: 有时,你看到的波浪状效果也可能部分归因于空气中的温度变化或湿度差异,这些因素也会导致光线的折射率变化,产生类似的效果。但这通常是更普遍的“海市蜃楼”效应,与玻璃本身的波浪状变形有所不同,但可能相互叠加。

举个更形象的例子:

想象你将一根铅笔放入一杯水中。从侧面看,铅笔在水面处似乎发生了弯折,这正是光的折射现象。玻璃对于光线来说,就像这杯水一样,只不过玻璃的“弯折”作用更加精细和微弱。当你透过大面积的玻璃,就像透过一大杯水,即使微小的折射作用累积起来,也会产生明显的视觉变形。

总结来说:

玻璃镜面看起来平整,是因为其表面经过高度抛光,光滑度很高。但是,当我们透过玻璃观察远处的建筑物时,出现波浪形并非玻璃本身真的有那么大的波浪。而是由于:

1. 玻璃表面和内部并非绝对完美光滑和均匀,存在微小的形貌和应力。
2. 光线在穿过这些微小的变化时发生累积性的折射和反射偏折。
3. 这些微小的偏折累积起来,导致到达我们眼睛的光线传播路径发生改变。
4. 我们的大脑将这种非直线的光线传播解读为建筑物的“波浪状”变形。

这是一种光学现象,是我们在观察具有一定厚度和不完美光滑表面的介质时,由于光线累积效应而产生的普遍现象。

网友意见

user avatar

这是因为有玻筋存在。

玻筋,指的是玻璃表面微小的起伏现象,是玻璃制造专业的专有名词。

我们肉眼无法看到玻筋,但如果玻璃被加工成镜面,则因为玻筋的凸透镜和凹透镜的效应,反射光线被扭曲了,我们就能透过镜面反射影像的扭曲变形间接地看到玻筋了。

所以,题主问题的关键词就是,如何在玻璃制造过程中消除玻筋。事实上,这是玻璃制造业的最大问题之一。

我们看下图:

我们看到,熔融的玻璃液被垂直引上机从玻璃池中抽出,同时也在冷却并形成玻璃原板。在这个过程中,如果存在微小抖动,则玻璃原板上就会出现玻筋。

事实上,玻筋不但与机械设备的稳定性有关,还与大气气压有关,是一个综合性问题。

也因此,垂直引上的玻璃制造工艺被浮法玻璃制造工艺给淘汰了。

我们看下图:

我们看到,熔融的玻璃液流到熔化的锡液和锡池上。锡液的表面平整度很高,比重也大,玻璃浮在锡液上,平板玻璃的表面当然就不会出现玻筋了。这也是浮法玻璃工艺这个称呼的由来。

与玻璃制造的垂直引上工艺相比,浮法玻璃工艺当然要先进很多。

但我们很容易想到,熔化的锡液是会氧化的,所以这近十吨的锡液被置于氮气的保护环境中。又因为玻璃或多或少地会带走一些锡,而且熔融的锡会蒸发,所以锡液必须配套液面控制设备和温度控制设备。再加上后部的玻璃退火线,浮法玻璃的厂区显得十分庞大和壮观。

下图是退火区的出口,我们已经可以看到玻璃板了。

由此可知,玻璃制造业属于资金密集型的大型企业。

现在,给题主第一个结论:

玻璃的镜面很平整,但从镜面中看到的建筑物是波浪形的,排除玻璃安装造成的弯曲,其原因就是因为玻璃表面存在玻筋。

所以,我们在采购玻璃镜子时,一定要确保玻璃原板是采用浮法玻璃工艺制造的。

我们来看另外一个问题,就是大楼的幕墙玻璃,它反射的景物是否也会出现题主所说的情况?我们来看下图:

从图中看到,幕墙玻璃完全不会出现反射景物的波浪形形变。这说明这些幕墙玻璃都是采用浮法玻璃工艺生产的平板玻璃,并且其安装工艺非常好,完全没有发生变形。

我们再看下图:

我们看到景物的形变似乎有凸透镜的类型,但形变发生在邻近的两块玻璃上(左上第二块和左下第三块),并且类型一致,可见这是因为安装工艺的原因,而不是玻璃本身的原因。

再看这张:

仔细观察,形变发生在不同玻璃之间,而单块玻璃的反射景物并未出现形变。可见形变与安装工艺有关,与玻璃本身的质量无关。

我曾经在深圳第一高楼幕墙玻璃施工时看过工人们如何操作的,其实安装幕墙玻璃也半自动化了。工人们告诉我,每一块玻璃之间的平行度是很基本的技术要求,是工程验收的重要技术指标。在这里配套了许多技术标准和施工规范,许多施工工艺令人眼开。真是行行术有专攻啊!

我见过大楼幕墙玻璃反射景物出现统一变形的情况:每块玻璃反射的景物变形很类似,象凸透镜或者凹透镜。这又是为何?

幕墙玻璃原片制造出来后,还需要经过一道特殊加工过程,就是钢化。

我们来看看玻璃的钢化是怎么回事:

第一步,把玻璃原板进行切割加工,使得它的尺寸符合要求,并且把边缘倒角打磨。

第二步,流水线传送带把加工好的玻璃原板送入钢化炉内,使得玻璃板的温度迅速上升到近600度的软化点。

第三步,加热后的高温玻璃原板被传送带送到风栅中强制风冷,使其迅速地降温至常温。这样一来,玻璃的表面特别坚硬,不易破碎,强度大为提高。

第四步,当然就是幕墙玻璃的成品包装了。

在这四步中,关键是第二步和第三步。

为了提高加工产量,加热温度必须选择在玻璃成为灰体的温度。玻璃灰体温度大约在600度到700度之间,一般按低值选取。

注意到这里有一个关键点,就是玻璃如何支撑。

早先的时候,玻璃原板采用悬挂措施,用挂钩挂住玻璃板,于是玻璃加热后在某个侧边会出现悬挂凹坑,并且悬挂点附近会有拉扯变形的现象。目前采用流水线平放加工,但如果温度过高,则玻璃原板会在软化点时出现下凹变形。所以选择合适的加热温度十分重要:既要满足钢化的要求,又要满足玻璃原板不发生变形。

我们看出来了,如果在钢化加工中出现变形,那么这种变形会具有普遍性。也就是说,一大批幕墙玻璃都具有相同的变形特征。

我们从前面所给的图片中可以看出,基本上没有这种现象。这说明,玻璃的钢化加工还是能保质保量的。

我们看到,玻璃从制造到加工,再到安装,经历了许多过程。这些过程中任何一项都有许多技术和知识在里面,可见现代玻璃工业制造技术的博大精深。

现在,可以给题主第二个结论了:

玻璃幕墙如果出现反射景观变形,一般来说是安装工艺的问题,与玻璃本身的品质关系不大。

玻璃很有意思。普通的钠钙硅系玻璃,它的微观结构有一句行业流行语,叫做远看无序近看有序。什么意思呢?硅是可以组成晶格的,例如水晶晶体。若在玻璃中出现晶格,则玻璃就不透明了,并且熔点会提高。所以玻璃中用钠来降低熔点,并且不让它出现结晶现象,这就是远看无序的意思;所谓近看有序,指的是在若干个硅原子之间,还是存在一定程度的类似晶格的链状网络现象。

玻璃,就象一群刚刚离开校园的小学生:看似混论不堪,也即远看无序。但我们仔细观察,这些学生其实都被家长带着,也即近看有序。

所以,玻璃又叫做固态的液体,这也是玻璃呈现透明特性的根本原因。

也许有人会问:你何以知晓这些?答案很简单,我曾经在一家玻璃制造公司工作过。这家公司有平板玻璃的垂直引上生产线,后来又改造成浮法玻璃生产线;有钢化玻璃生产线,有玻璃纤维生产线,有玻璃马赛克生产线和压花玻璃生产线。这些生产线我都参与过设计,以及自控系统设计和调试运行。甚至,我还在这家企业因为设计了彩色压花玻璃制造流水线而获得两项发明专利技术认证。

玻璃真是一种奇妙的东西。玻璃产品的应用之广,玻璃产品种类之丰富,令人叹为观止。

类似的话题

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou

© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有