容易在倒入開水破的玻璃杯，一般較厚，特別底部厚的。再加上座杯的墊是熱的良導體，這樣上部愛熱澎漲而下部保持低溫，所澎漲比例不等，因而爆破。

玻璃杯的破裂，是熱應力在搗鬼。常溫或低溫的玻璃杯，再收到內部熱水的加溫後，杯壁內熱外冷，從而容易出現裂紋。下面我就稍微詳細介紹下1）這個裂紋究竟是如何形成的，2）它的位置又出現在何處，3）如何防範玻璃杯的破裂。

1、玻璃杯裂紋的成因

正如題主所說，玻璃杯發生破裂的原因就在於熱水的倒入。物體的熱脹冷縮是一個較為普遍的規律，玻璃也不例外。不同的材料，熱脹冷縮的效果也是不一樣的，通常用熱膨脹係數來表示，常見材料的熱膨脹係數如下圖。

熱膨脹係數的物理含義是材料在溫度升高1k的時候，其伸長量的一個衡量。這個值越大，表明這種材料越容易受溫度影響。上圖中可以看到，普通玻璃熱膨脹係數是7.1e-6 /k左右。相對於一些鋼銅等金屬來講，玻璃已經是比較難以發生熱脹冷縮的材料了。

2、裂紋出現的位置

實際上，學過初高中物理的同學們都知道物體會熱脹冷縮，也知道冷玻璃在倒入熱水後容易發生爆裂。但是，如果沒有系統學過力學，應該是不清楚這其中的機理的。熱脹冷縮只是一個籠統的原因，在這個籠統的原因下，玻璃杯究竟如何膨脹起來，又究竟為何會出現裂紋，裂紋出現在什麼位置？只有學過了材料力學才有可能解答。

玻璃杯的炸裂，永遠都是發生在倒水的那一瞬間。熱水倒入冷杯後，玻璃杯的內側由於熱水的加熱而溫度升高，但是外側還未來得及升溫。於是就導致了上圖所示的溫度分佈狀態。紅色代表高溫，藍色代表低溫。從溫度分佈來看，無論是環向還是縱向，其分佈都是均勻的。但是在玻璃杯的厚度方向，溫度分佈不均勻，存在著溫度梯度。正是這個厚度方向的不均勻，才導致玻璃杯的炸裂。

我們分別看一下環向和縱向熱脹冷縮後的樣子，如上圖。環向會整體放大一圈，縱向內側會升高。由於玻璃杯口是自由的一種狀態，內側可以自由伸縮，所以在縱向很難產生裂紋。但是在環向，內側溫度高想要膨脹，而外側溫度不變不想膨脹。於是內側強迫膨脹變大，推動著外側也有所變大。但是，內測始終受外側的約束，處於壓縮的應力狀態，而外側則由於內側的擠壓反而是拉伸的應力狀態。世界上，絕大多數材料都是耐壓不耐拉，而且拉壓效能差別還非常大。比如有機玻璃抗拉強度 55~77Mpa 抗壓強度 130Mpa。正是由於這種拉壓不等的效能，外側的玻璃首先被拉裂了。

3、如何防範玻璃杯的破裂

知道了上述原理，我們可以從以下幾個方面來預防玻璃杯的炸裂：

1）選用更高品質的玻璃。即選用熱膨脹係數更小的玻璃材料，從而使得溫度的影響儘可能地降低。隨著玻璃製造工藝的提升，熱膨脹係數已經比早期降低了許多。2）設計更合理尺寸的玻璃杯。炸裂的玻璃杯主要原因在於厚度方向的溫度梯度，厚度越薄，溫度梯度就越大，由此造成的熱應力分佈也差別越大，從而更加容易發生破裂。

現在的玻璃杯不像以前，倒入熱水容易炸裂。經過設計以後，即使玻璃品質差一點，只要厚度足夠，也是不容易發生破裂的。

4、總結

玻璃杯的炸裂，原因在於水杯環向厚度方向的溫度不均勻，由此造成熱應力的分佈不均。內側受壓，而外側收拉。玻璃的拉伸極限應力又小於壓縮極限應力，從而外側首先產生裂紋。

爆炸的玻璃杯——熱水倒進冷杯熱力學分析）