☕ เทน้ำร้อนลงแก้วแล้วได้ยินเสียง “เป๊าะ” ทั้งที่แก้วยังไม่แตก เสียงนั้นเกิดจากอะไร?

บางครั้งตอนเทกาแฟหรือน้ำร้อนลงในแก้ว เราอาจได้ยินเสียง “เป๊าะ” เบา ๆ จนต้องหยุดมองว่าแก้วร้าวหรือเปล่า

แต่พอยกขึ้นมาดูกลับไม่เห็นรอยแตกอะไรเลย

สิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงไม่กี่วินาทีนั้นเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติพื้นฐานของแก้วอย่างหนึ่ง คือ เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน ขนาดของวัสดุก็เปลี่ยนตาม

ด้านในร้อนก่อน แต่ด้านนอกยังตามไม่ทัน

ทันทีที่น้ำร้อนสัมผัสแก้ว ผิวด้านในจะได้รับความร้อนก่อนและพยายามขยายตัว ขณะที่เนื้อแก้วส่วนที่อยู่ลึกออกไปและผิวด้านนอกยังเย็นกว่า

ปัญหาคือแก้วทั้งใบเป็นชิ้นเดียวกัน ส่วนที่อยากขยายจึงไม่สามารถขยายได้อย่างอิสระ ความต่างนี้ทำให้เกิดแรงเค้นภายในที่เรียกว่า thermal stress

ยิ่งอุณหภูมิระหว่างส่วนต่าง ๆ ของแก้วต่างกันมาก ความเค้นที่เกิดขึ้นก็ยิ่งมากขึ้นตามไปด้วย

แล้วเสียง “เป๊าะ” หมายความว่าแก้วกำลังร้าวหรือเปล่า?

ไม่จำเป็นเสมอไป

ถ้าแก้วแตกจริง รอยตำหนิหรือรอยร้าวเล็ก ๆ ที่มีอยู่บนผิวสามารถกลายเป็นจุดเริ่มให้รอยแตกวิ่งต่อเมื่อมีแรงดึงมากพอได้ แต่การได้ยินเสียงเพียงอย่างเดียวไม่พอที่จะสรุปว่าเกิดรอยร้าวใหม่ขึ้นแล้ว

เสียงอาจเกิดจากการขยายตัวเล็กน้อยของตัวแก้ว การขยับกับจานรอง โต๊ะ หรือชิ้นส่วนที่สัมผัสกันเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน

ดังนั้นถ้าได้ยินเสียงแล้วไม่พบรอยแตก ก็ไม่ควรตีความว่า “แก้วร้าวข้างในแน่นอน” แต่ก็ควรสังเกตแก้วก่อนใช้งานต่อ โดยเฉพาะถ้ามีรอยบิ่นหรือร้าวอยู่เดิม

ทำไมแก้วบางชนิดเทน้ำร้อนได้สบายกว่า?

แก้วแต่ละชนิดไม่ได้ตอบสนองต่อความร้อนเหมือนกัน

แก้วที่มี ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนต่ำ จะเปลี่ยนขนาดน้อยกว่าเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน จึงเกิดความเค้นจาก thermal shock น้อยกว่า

นี่เป็นเหตุผลที่แก้ว borosilicate ซึ่งใช้กับอุปกรณ์ห้องทดลองและภาชนะทนความร้อนหลายชนิด สามารถรับการเปลี่ยนอุณหภูมิได้ดีกว่าแก้วทั่วไป

สิ่งที่น่ากลัวกว่า “น้ำร้อน” คือความต่างอุณหภูมิที่เร็วเกินไป

แก้วไม่ได้แตกเพียงเพราะสิ่งที่เทลงไปร้อน แต่ความเสี่ยงมาจากการที่ส่วนหนึ่งของแก้วเปลี่ยนอุณหภูมิเร็วกว่าส่วนอื่นมากเกินไป

ตัวอย่างเช่น แก้วที่เพิ่งหยิบออกมาจากตู้เย็นแล้วเทน้ำเดือดลงทันที มีความต่างอุณหภูมิรุนแรงกว่าแก้วที่อยู่ในอุณหภูมิห้อง

และถ้าแก้วมีรอยบิ่น รอยขีด หรือรอยร้าวเล็ก ๆ อยู่ก่อน จุดเหล่านั้นก็สามารถเป็นจุดที่ความเค้นไปรวมตัวและทำให้แตกง่ายขึ้นได้

ครั้งต่อไปถ้าได้ยินเสียง “เป๊าะ” หลังเทน้ำร้อนลงแก้ว จึงไม่จำเป็นต้องแปลว่าแก้วกำลังจะแตกทันที แต่เสียงเล็ก ๆ นั้นก็พาเราไปเห็นสิ่งที่เกิดขึ้นจริงในเนื้อวัสดุได้ว่า แม้แก้วจะดูแข็งและนิ่ง แต่เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน มันก็ยังขยาย หด และรับแรงอยู่ตลอดเวลา