猪小宝，博士僧 | 一级注册结构工程师 锤子砸钻石，这是断裂力学的范畴，不是传统材料力学的范畴。讨论这个问题，不应该混淆 strength（强度）、hardness（硬度）和 fracture toughness（断裂韧性）这几个完全不同的概念。 先说结论，维基百科关于钻石的页面上（Material properties of diamond）就有现成的结论： Because of diamond's perfect and easy cleavage, it is vulnerable to breakage. A diamond will shatter if hit with an ordinary hammer. 为什么呢？因为钻石的断裂韧性一点也不好。简单说，锤子砸一个像钻石那么大小的东西，东西会不会碎裂，基本上取决于这个东西的断裂韧性的大小。断裂韧性传统上用 K （断裂韧性，单位帕乘以米的平方根）衡量，对于非线性也可以用 J integral （energy release rate，单位焦耳每平方米）衡量。 钻石的断裂韧性是多少呢？维基百科给出的数据是 2 MPa·m^(1/2)。这是个什么概念呢？我们可以跟生活中常见的材料比较一下。单位相同，都是兆帕乘以米的平方根， 钻石 2 玻璃 1 混凝土 0.2～1 铝合金 20～60 钢材 50～140 显然，钻石跟玻璃、混凝土基本相同，跟钢材相比，几乎差了两个数量级。 所以，锤子砸钻石，跟砸小玻璃块、小混凝土块的效果是类似的，想做砸钻石的实验，不需要土豪赞助，只需要拿锤子砸一砸玻璃块，就能模拟出近似的结果。 而锤子砸小钢块的效果则完全不同，你可能会把小钢块砸扁，可能会砸出火花，但很难把小钢块砸碎。原因就在于钢材的断裂韧性非常之高。反过来，这也是为什么我们用的锤子是钢做成的，而不是玻璃或者混凝土做成的。 我们是怎么知道这些断裂韧性的数值的呢？当然是做实验测出来的。比如我们期末作业就是任选一种食物，用家庭自制实验设备，测定这种材料的断裂韧性。 我测的是新鲜土豆，先测定弹性模量、抗拉强度，再测定断裂韧性。 这是测断裂韧性的土豆 compact specimen。反力架是一摞打印纸，固定铰支座是一根筷子，加载装置是绳子拴着的塑料杯子，加载方法是往杯子里放硬币和电池。 最终我的结果是弹性模量 2.56 兆帕，抗拉强度 0.35 兆帕，断裂韧性是 0.016 兆帕乘以米的平方根，J integral 是 217 焦耳每平方米。 对材料韧性的实际测定当然比这要复杂的多，也准确的多，但是原理是类似的。钻石、玻璃、钢材这些材料的断裂韧性也是通过类似的方法得出的。 断裂力学是二战之后才兴起的力学学科，主要关注材料抵抗裂缝开裂直至最终断裂破坏的能力，包括冲击荷载的效应，也包括材料的缺陷、加工造成的初始裂缝等等。泰坦尼克号在撞冰山后彻底断成两截；二战中美军的 Liberty 货船在低温海域频频出事，整个船体也是断成两截；哥伦比亚号航天飞机的事故原因只是脱落的一小块保温泡沫塑料砸到了机翼上。这些都是传统的材料力学无法解决的问题，而新兴的断裂力学关注的正是这些问题。冲击荷载下材料的断裂，换言之，锤子砸钻石，也是断裂力学的研究内容。 顺便再说说硬度和强度，以便区分。 硬度是材料表面抵抗挤压的能力。比如说，钻石可以在钢材表面留下划痕，但是钢材不能在钻石表面留下划痕。再比如说，钻石的刀子可以割玻璃，普通的钢材却不能割玻璃，而玻璃的刀子也不能割金刚石。这就是因为材料的硬度不同。钻石是已知的硬度最高的天然材料。现在手机普遍采用的玻璃屏幕，其实利用的也是玻璃的硬度，尽量保证手机屏幕不会被金属、沙子等等异物留下任何划痕。 强度是材料承受外荷载的能力。比如说，同样直径的绳子，一个是尼龙绳，一个是钢丝绳，能拴重物的重量就不同。再比如说，同样直径的柱子，一个是混凝土的，一个是木头的，两者能承受的重量也不同。这就是因为材料的强度不同。手机采用金属外壳代替过去的塑料外壳，某种意义上也是利用金属的高强度来保护手机内部的元件。 查看知乎原文
