鋼珠撞擊玻璃角度與孔洞痕跡的關(guān)系*

李 力

（山東警察學(xué)院，山東 濟(jì)南250200）

引言

在日常工作和生活中常出現(xiàn)車船、建筑物門窗玻璃被彈弓發(fā)射鋼珠損壞的現(xiàn)象，給人們帶來(lái)諸多的財(cái)物、人身?yè)p害和精神負(fù)擔(dān)。公安部門要正確認(rèn)定案/事件性質(zhì)，采取適當(dāng)?shù)淖坟?zé)和懲罰措施，先要判斷發(fā)射位置、識(shí)別和尋找發(fā)射工具與發(fā)射者。

孔洞是鋼珠撞擊玻璃形成的最常見(jiàn)痕跡。利用孔洞特征判斷發(fā)射角度，可以在執(zhí)法辦案中發(fā)揮關(guān)鍵作用?，F(xiàn)有研究不足以為公安實(shí)踐提供相關(guān)的指導(dǎo)依據(jù)。由此，筆者開(kāi)展了下列實(shí)驗(yàn)研究。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)工具選用常見(jiàn)的“不打鳥(niǎo)”牌S001 型號(hào)彈弓架，匹配250mm 長(zhǎng)、15mm 寬、0.55mm厚的單層“普雷莎斯”牌扁平皮筋帶，直徑8mm、重2.1g 的實(shí)心鋼珠，4mm 厚的普通平板玻璃。

1.2 制作樣本

為簡(jiǎn)化問(wèn)題，將發(fā)射距離與皮筋拉伸長(zhǎng)度限定在1.5～3m 與拉長(zhǎng)一倍，即撞擊速度相近條件下，聚焦撞擊角度與孔洞特點(diǎn)的關(guān)系。選用90°、78°、60°、45°、30°、20°六種角度，發(fā)射鋼珠撞擊平板玻璃。

1.3 觀察

在放大鏡下觀測(cè)痕跡特征，拍照以作記錄。

2 結(jié)果

鋼珠撞擊平板玻璃64 次均未穿透，被玻璃板反彈或失去動(dòng)能后墜于下方的箱內(nèi)。經(jīng)測(cè)量，直徑8mm 的鋼珠撞擊玻璃形成類圓形孔洞，直徑在1.5～7mm范圍內(nèi)變化。

2.1 孔洞形態(tài)與撞擊角度的關(guān)系

當(dāng)鋼珠撞擊角度近似90°時(shí)，從受撞擊背面即自由面觀察玻璃，中心孔洞狀缺損區(qū)形似正圓，分布均勻；當(dāng)鋼珠斜向撞擊玻璃時(shí)，中心孔近似橢圓形，直徑出現(xiàn)長(zhǎng)短軸分布。在本實(shí)驗(yàn)的64個(gè)孔洞中，除12個(gè)孔洞因殘缺無(wú)法確定軸向外，44 個(gè)孔的橢圓長(zhǎng)軸與撞擊角度在同一直線上，指向一致（見(jiàn)圖1），文中配圖展示的孔洞均為玻璃板射出面，黑色箭頭表示撞擊角度，下同）出現(xiàn)率達(dá)68.75%，余下8/64 個(gè)孔的長(zhǎng)軸指向偏離撞擊角度，雖不在一條直線上，但較為接近（見(jiàn)圖2），占比12.5%（見(jiàn)表1）。

表1 中心孔長(zhǎng)軸指向與撞擊角度的關(guān)系

圖1 孔長(zhǎng)軸指向與撞擊角度一致（例10）

圖2 孔長(zhǎng)軸指向偏離撞擊角度（例8）

2.2 層裂區(qū)形態(tài)與撞擊角度的關(guān)系

環(huán)繞在中心孔外的碎片逐層剝離的區(qū)域，被稱為層裂區(qū)。其整體形態(tài)基本保持類圓形，但具體形態(tài)既不規(guī)則，也不穩(wěn)定。

首先，層裂區(qū)是否為正圓形與鋼珠撞擊玻璃角度之間沒(méi)有明顯的因果聯(lián)系。即便鋼珠是垂直撞擊玻璃，層裂區(qū)形態(tài)也未必呈現(xiàn)正圓。同時(shí)，當(dāng)鋼珠斜向撞擊玻璃板時(shí)，層裂區(qū)形態(tài)可近似圓形或橢圓形，兩種可能性皆有，且均不規(guī)則。其次，橢圓形層裂區(qū)的長(zhǎng)軸指向與撞擊角度的關(guān)系不穩(wěn)定，長(zhǎng)軸指向與撞擊角度一致的孔洞出現(xiàn)16個(gè)（見(jiàn)圖3），在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)率約占25%；層裂區(qū)橢圓短軸指向與撞擊角度一致的有24 個(gè)（見(jiàn)圖4），占比37.5%，長(zhǎng)、短軸指向均與撞擊角度有偏差的12個(gè)（見(jiàn)圖5），占比25%。因殘缺過(guò)多無(wú)法觀測(cè)到完整層裂區(qū)的孔洞有8個(gè)，占比12.5%（見(jiàn)表2）。

圖3 層裂區(qū)橢圓長(zhǎng)軸與撞擊角度一致（例21）

圖4 層裂區(qū)短軸與撞擊角度一致（例10）

圖5 層列區(qū)橢圓長(zhǎng)軸、短軸指向與撞擊角度均不一致（例39）

表2 層裂區(qū)形態(tài)與撞擊角度的關(guān)系

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，層裂區(qū)形態(tài)和橢圓軸向與鋼珠撞擊玻璃角度之間未表現(xiàn)出穩(wěn)定的因果關(guān)系。此結(jié)果與以往研究結(jié)論不同。［1］

層裂區(qū)圍繞在中心孔外，不僅面積更大，且二者輪廓形態(tài)往往有差異。比較二者橢圓軸指向，發(fā)現(xiàn)有時(shí)一致，有時(shí)明顯偏離，甚至分布在兩個(gè)垂直的橢圓里（見(jiàn)圖6）。

圖6

2.3 層裂區(qū)孔壁坡面形態(tài)與鋼珠撞擊角度的關(guān)系

觀察自由面上的孔洞內(nèi)壁坡面，撞擊角度小于78°時(shí)，孔壁在鋼珠飛來(lái)與飛去兩側(cè)的坡面形態(tài)表現(xiàn)出明顯差異；大于78°，差異不明顯。

孔壁坡面在飛來(lái)側(cè)較薄、角度較小即坡面更平緩，飛去側(cè)坡面較厚、坡度更陡峭（見(jiàn)圖7），出現(xiàn)率78%。此結(jié)果與已有研究相似。［2］未觀察到尖刀形羽毛狀玻璃碎片脫落在孔緣兩側(cè)存在的差異。［3］

圖7 飛去側(cè)孔緣坡面較不規(guī)則（例7）

3 討論

3.1 中心孔形態(tài)與撞擊角度的關(guān)系表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性

在所有樣本中，孔長(zhǎng)軸與撞擊角度的指向一致性占比達(dá)到68.5%。二者方向近似的情況占比12.5%。整體來(lái)看，孔長(zhǎng)軸與撞擊角度的指向一致性很明確，規(guī)律穩(wěn)定、可靠。因此，可依據(jù)孔洞的橢圓長(zhǎng)軸指向推斷鋼珠撞擊角度。

玻璃斷裂的內(nèi)部原理是由于韌性差，一旦受力部位引起的應(yīng)力值超過(guò)材料承受極限就會(huì)迅速發(fā)生局部斷裂來(lái)釋放部分應(yīng)力，直到材料能承受并重新分布應(yīng)力。受力方向決定了應(yīng)力的方向進(jìn)而是斷裂的方向。所以，玻璃受鋼珠撞擊部位會(huì)產(chǎn)生一系列的材料斷裂與碎塊脫落，造成孔洞狀缺損?？锥吹奈恢煤托螒B(tài)反映出受撞擊部位和作用方向及角度。玻璃碎塊陸續(xù)脫落的過(guò)程，造成中心孔洞被多次地改寫、覆蓋而成。如過(guò)多的碎塊脫落遺留下不完整的孔洞狀缺損，或孔洞形態(tài)變形。因可塑性差，玻璃被鋼珠撞出的孔洞，往往只能部分地記錄和反映鋼珠的造痕作用特點(diǎn)。

3.2 層裂區(qū)的形態(tài)與撞擊角度關(guān)系未表現(xiàn)出明顯規(guī)律

依據(jù)孔洞的層裂區(qū)形態(tài)特點(diǎn)判斷撞擊角度是不可靠的。中心孔的形態(tài)比層裂區(qū)形態(tài)更穩(wěn)定。相比層裂區(qū)的橢圓長(zhǎng)軸和短軸，中心孔的橢圓長(zhǎng)軸與撞擊角度的關(guān)系反映出更明確、可靠的規(guī)律性，因此，孔的橢圓長(zhǎng)軸具有更好的指示撞擊角度的作用。應(yīng)該優(yōu)先使用孔長(zhǎng)軸判明撞擊角度。這種現(xiàn)象僅限定在本實(shí)驗(yàn)中由輻射紋間隔成區(qū)塊的層裂區(qū)內(nèi)，無(wú)輻射紋和末梢紋的孔洞不在此討論范圍。

3.3 孔壁坡面在飛去側(cè)較陡、厚、不規(guī)則，在飛來(lái)側(cè)較平緩、薄、較規(guī)則

這些形態(tài)差異是鋼珠撞擊玻璃時(shí)對(duì)孔緣兩側(cè)作用不均衡造成更多碎塊脫落形成的。撞擊瞬間，受力不平衡的鋼珠由飛來(lái)側(cè)順勢(shì)向飛去側(cè)滾動(dòng)，對(duì)孔緣的飛去側(cè)除碰撞外，還發(fā)生碾壓作用，使其產(chǎn)生更多斷裂和碎塊脫落。

4 結(jié)論

在孔洞的幾種特征中，中心孔形態(tài)和孔壁坡面形態(tài)穩(wěn)定，特征可靠，可指示撞擊角度。層裂區(qū)形態(tài)多變、與撞擊角度關(guān)系不明確。中心孔的橢圓長(zhǎng)軸與撞擊角度一致，孔壁坡面較陡、厚、角度大的一側(cè)為鋼珠飛去側(cè)。

利用孔洞形態(tài)特征可大致推斷撞擊角度，但有時(shí)不夠精準(zhǔn)。這不僅因?yàn)椴ＡП旧韺儆诓ＡB(tài)，密度不均勻，而且玻璃板材質(zhì)也非絕對(duì)純凈，往往內(nèi)有氣泡或雜質(zhì)。因此，玻璃斷裂過(guò)程中除受撞擊方式、方向、角度等因素影響外，還被上述偶然因素干擾，最終影響斷裂形態(tài)的變化。因此實(shí)踐中應(yīng)盡量綜合多種依據(jù)，謹(jǐn)慎辨別，防控錯(cuò)判風(fēng)險(xiǎn)。