如果把一根压紧的弹簧放进酸里溶解，它的弹性势能到哪里去了？
有点惊讶这么多回答竟然没人指出应力腐蚀（stress corrosion）在这个问题里的重要作用。先说结论，对于压紧的弹簧，腐蚀会发生在局部，导致弹簧断成几段。除了有部分储存在弹簧表层的弹性能在腐蚀反应中被转化成产物的化学能和反应热，其余弹性能会在弹簧断开时转化为动能。 顺便说一下高赞 @朱明璇 所引的科普文献有个错误结论——应力减缓腐蚀。其实验设计的问题我最后会讨论一下。 应力腐蚀可以理解为由应力催化的断键反应：应力对化学键的拉扯会降低断键反应的能垒，在腐蚀环境下导致腐蚀反应加速。 应力把断键的能垒从 D 降低到 D’ 应力腐蚀可以通过多种机理发生。我这里就以钢铁在水环境下常见的氢脆（hydrogen embrittlement）为例来讲解。氢脆的腐蚀反应比较复杂，但整体过程是氢原子在应力帮助下扩散到裂纹尖端导致裂纹尖端的断裂韧性（fracture toughness）降低。断裂韧性降低后，原本不会扩展的裂纹发生扩展——可以理解为本来是钢铁的承载能力变成了玻璃就抗不住了。下图的 Threshold K 为临界断裂韧性[1]，当载荷超过临界断裂韧性时裂纹会发生扩展。可见随着氢浓度增高，各种钢铁在有氢的环境下都会显著变脆。 氢浓度升高，断裂韧性降低 随着断裂韧性下降，裂纹开始扩展。对于压缩的弹簧，裂纹扩展会有两个后果。首先，随着裂纹扩展，承载截面变小，所以局部应力增大，裂纹扩展加速。 随着裂纹扩展，承载截面变小，局部应力增大，裂纹扩展加速。 其次，裂纹处的载荷增大会进一步拉开裂口导致腐蚀溶液流入，加速腐蚀。 应力会拉卡裂口，让腐蚀溶液源源不断地流向裂纹尖端。 两个后果的共同影响是，越深的裂纹扩展越快。所以弹簧的腐蚀不会均匀发生，最深的那个裂纹将会以最快的速度把弹簧腐蚀断开。当裂纹深到一定程度，承载截面太小，弹簧就直接绷断了。于是弹性势能就转化为动能释放出来。 具体的腐蚀过程，取决于用的酸的种类，pH，制造弹簧所用的金属，弹簧内的应力等很多条件，存在不是氢脆的其它可能（譬如中学讲过的浓硫酸会把铁钝化），或者可能存在几个机理不同的腐蚀阶段（譬如腐蚀初期应力太低应力腐蚀效应不明显），这里就不详细探讨了。 高赞回答引用了个实验说应力减缓腐蚀。我直接把相关部分截图下来： 这个实验的问题是钢片其实很早就断成两截了。这时候整体腐蚀还没发生多少，之后的腐蚀都是在无应力情况下进行的。所以如果对比把整个钢片腐蚀完的时间，实际测出来的是后面漫长腐蚀过程的误差。真要想测量应力到底是加速还是减缓腐蚀，应该在断裂发生时把钢片取出测质量变化，和无应力的钢片在同样时间内的质量变化做对比。 看评论大家提出各种奇思妙想不让弹簧弹开然后问会怎么样。这里统一回答一下吧，不管箍多严，腐蚀掉一点就有空间了，多断几段就能弹开了~ 查看知乎讨论
有点惊讶这么多回答竟然没人指出应力腐蚀（stress corrosion）在这个问题里的重要作用。先说结论，对于压紧的弹簧，腐蚀会发生在局部，导致弹簧断成几段。除了有部分储存在弹簧表层的弹性能在腐蚀反应中被转化成产物的化学能和反应热，其余弹性能会在弹簧断开时转化为动能。
顺便说一下高赞 @朱明璇 所引的科普文献有个错误结论——应力减缓腐蚀。其实验设计的问题我最后会讨论一下。
应力腐蚀可以理解为由应力催化的断键反应：应力对化学键的拉扯会降低断键反应的能垒，在腐蚀环境下导致腐蚀反应加速。
应力腐蚀可以通过多种机理发生。我这里就以钢铁在水环境下常见的氢脆（hydrogen embrittlement）为例来讲解。氢脆的腐蚀反应比较复杂，但整体过程是氢原子在应力帮助下扩散到裂纹尖端导致裂纹尖端的断裂韧性（fracture toughness）降低。断裂韧性降低后，原本不会扩展的裂纹发生扩展——可以理解为本来是钢铁的承载能力变成了玻璃就抗不住了。下图的 Threshold K 为临界断裂韧性[1]，当载荷超过临界断裂韧性时裂纹会发生扩展。可见随着氢浓度增高，各种钢铁在有氢的环境下都会显著变脆。
随着断裂韧性下降，裂纹开始扩展。对于压缩的弹簧，裂纹扩展会有两个后果。首先，随着裂纹扩展，承载截面变小，所以局部应力增大，裂纹扩展加速。
其次，裂纹处的载荷增大会进一步拉开裂口导致腐蚀溶液流入，加速腐蚀。
两个后果的共同影响是，越深的裂纹扩展越快。所以弹簧的腐蚀不会均匀发生，最深的那个裂纹将会以最快的速度把弹簧腐蚀断开。当裂纹深到一定程度，承载截面太小，弹簧就直接绷断了。于是弹性势能就转化为动能释放出来。
具体的腐蚀过程，取决于用的酸的种类，pH，制造弹簧所用的金属，弹簧内的应力等很多条件，存在不是氢脆的其它可能（譬如中学讲过的浓硫酸会把铁钝化），或者可能存在几个机理不同的腐蚀阶段（譬如腐蚀初期应力太低应力腐蚀效应不明显），这里就不详细探讨了。
高赞回答引用了个实验说应力减缓腐蚀。我直接把相关部分截图下来：
这个实验的问题是钢片其实很早就断成两截了。这时候整体腐蚀还没发生多少，之后的腐蚀都是在无应力情况下进行的。所以如果对比把整个钢片腐蚀完的时间，实际测出来的是后面漫长腐蚀过程的误差。真要想测量应力到底是加速还是减缓腐蚀，应该在断裂发生时把钢片取出测质量变化，和无应力的钢片在同样时间内的质量变化做对比。
看评论大家提出各种奇思妙想不让弹簧弹开然后问会怎么样。这里统一回答一下吧，不管箍多严，腐蚀掉一点就有空间了，多断几段就能弹开了~
