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【特稿】玻璃貼膠紙反而容易爆?

颱風期間,市民在玻璃貼上膠紙,以防止吹破。(網絡設計圖片)

【香港輕新聞】颱風「山竹」過境期間,不少市民都在窗門玻璃貼上膠紙,為防止玻璃吹破。颱風期間在玻璃窗門貼上膠紙,似乎已經成為人所皆知的防風「措施」,香港天文台亦呼籲在當風窗戶貼上膠紙條。可曾想過在窗門貼膠紙真的可以提高玻璃的抗風能力嗎?還是只求個心安而已?內地物理老師李永樂指出,此舉反而令玻璃所受應力不平均,玻璃抗風能力反而下降,更易被吹爆。

膠紙看似會加強玻璃?

在颱風「山竹」過境期間,不少市民為防止窗戶玻璃被吹破,紛紛在玻璃上貼上膠紙,膠紙價格一度上漲,更傳出有人乘機炒賣膠紙云云;有部分市民更發揮無限創意,用膠紙在玻璃上貼出圖案,在颱風天下「苦中作樂」。在日常生活當中,膠紙一般都用作黏貼或固定物件之用,順循此邏輯推斷,將膠紙貼在窗門玻璃之上,看似會加強玻璃的剛性,但事實果然如是嗎?

 

颱風期間市民在玻璃上貼膠帶(圖擷自Facebook)

玻璃爆裂共有三個因素

就這個問題,昨日內地有物理老師「李永樂老師」上傳網絡影片,剖析膠紙是否能提高玻璃的抗風能力。在揭曉答案之前,先來了解強風對玻璃的影響。據影片闡述,在颱風之下導致窗戶玻璃爆裂是有三個原因﹕其一是強風吹起的異物撞擊玻璃;其二是強風引起玻璃振動,當玻璃達至其共振頻率而爆裂;其三是風壓,流動的空氣對玻璃所施加的壓力。由於前兩個因素較為複雜,影片主要討論風壓對玻璃的影響。

 

有人為手機手錶亦貼膠紙「防風」(圖擷Facebook)

 強風所形成壓力之原理

強風對窗門玻璃的形成的壓力,可以物理學定理「伯努利原理」(Bernoulli’s principle)來解釋﹕

 

伯努尼原理公式(圖擷自維基百科)

 

當強風吹向建築物時,會受建築物的阻礙,風會沿著牆面而轉向繞過建築物,故此對於窗戶玻璃而言,風向始終會與窗戶玻璃成平行。既然風向會與玻璃成平行,為何會對玻璃造成壓力?

 

物理老師「李永樂老師」解說伯努尼原理(圖擷自YouTube)

 

窗戶玻璃分隔出室外及室內兩個空間﹕在室外空間,風速(空氣流速)較大;而室內風速(空氣流速)較小。根據伯努利原理,在空氣流速較大的區域,壓強會較小;而在空氣流速較小的區域,壓強會較大。故此形成兩個區域的壓力產異,一旦其壓力差大於窗戶玻璃可承受的範圍,窗戶玻璃就會爆破。由於室內的壓強比較大,因而玻璃會從室內向外推出。

山竹形成的風壓多大?

這次「山竹」颱風在登陸時風速有14級,究竟會造成多大風壓?其實風速、風速和壓強有著對應的關係,可參閱下表﹕

 

風速、風速和壓強對應關係
風 級4級7級10級12級14級16級
風 速7m/s16m/s27m/s35m/s44m/s54m/s
風 壓32Pa165Pa470Pa790Pa1250Pa1880Pa
描 述和風疾風狂風颱(颶)風強颱風超強颱風

 

說明「山竹」在登陸時風速是每秒44公尺,形成的風壓差達到1,250帕(Pa),亦即是指在每平方米上施加約127.5公斤壓力。風壓差一旦超出玻璃的承受範圍,玻璃就會破裂。

 在玻璃上貼膠帶有用?

回歸正題,那麼膠帶可以增強玻璃的抗爆能力嗎?影片引述台灣節目《流言追追追》的風洞實驗數據指出﹕一塊厚度為5mm的普通玻璃,甚麼都不貼,可承受5400帕(Pa)的壓力差;如果貼上了膠帶,反而使承受能力下降。貼上不同的形狀,對承受量的下降程度亦有所影響,見下表﹕

膠紙對5mm普通玻璃可承受之壓力差

不貼5400帕(Pa)
米字形3800帕(Pa)
口字形4800帕(Pa)
井字形4000帕(Pa)
全貼4200帕(Pa)

 

香港天文台亦呼籲市民在當風窗戶貼上膠紙條。(圖擷自天文台網頁)

 

常見的「米」字形貼法,竟然是會令玻璃可承受之壓力差下降最大的形狀。據該實驗人員解釋,由於玻璃在未貼上膠紙時,其所承受的應力會比較平均;如果玻璃貼上了膠帶,會改變應力的分布,反而令玻璃更容易破裂,故此不貼膠紙反而更好。

 

美國大氣及海洋局呼籲在颱風時不要在玻璃上貼膠紙(圖擷自美國大氣及海洋局網頁)

 

美國「國家海洋及大氣管理局」(National Oceanic and Atmospheric Administration)同樣呼籲在颱風時不要在玻璃上貼膠紙,因為會浪費膠紙及時間,而且會令使破裂玻璃形成更大的碎片,一旦隨風飛揚,其危險性更大,反而更易造成傷害。

解說影片﹕

相關延伸閱讀﹕

《流言追追追》(風洞實驗自影片09:30始)

《Tape a Big “X” on Your Windows to Reduce Damage from Hurricane Wind》

《Should You Tape Windows for Hurricane?》

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諾文
香港輕新聞編輯

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