伸展它!温度如何影响橡皮筋?

作者: 东西体讯

伸展它! 温度如何影响橡皮筋?
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一个很酷的科学惊喜!温度如何改变橡皮筋的弹性?收集一些常见的家用材料,并准备好延长对物理学的理解!  

重要概念
物理学

分子
力量

介绍
您是否注意到有些物体在变(作者: 东西体讯)(伟霆) 热时倾向于膨胀并在冷却时收缩?例如,您可能会在被卡住的罐子的盖子上方运行热水 – 这会导致盖子膨胀,从而更容易扭曲。这种效果对所有材料的作用方式是否相同?尝试这个有趣的活动,找出!

背景
材料由原子和分子组成。(分子是结合在一起的多个原子的组。)即使肉眼看不到它,这些分子也会不断地震动(作者: 东西体讯)(伟霆) 并碰撞到彼此。通常当材料变热时,分子振动更强烈。因为它们彼此碰撞更加剧烈,这导致材料膨胀一点。这种现象被称为热膨胀,这是造成你在道路和人行道上看到的许多裂缝的原因。随着整个夏季和冬季温度从非常热到非常寒冷,材料一遍又一遍地膨胀和收缩,最终导致裂纹。

橡胶带与许多其他材料不同,因为(作者: 东西体讯)(伟霆) 它们的分子实际上是非常长的链条,有点像一堆意大利面条。这些长链被称为聚合物,当你加热或冷却它们时,它们可能会以令人惊讶的方式表现出来。在此活动中,您将使用热水和冰水改变橡皮筋的温度。你认为橡皮筋会在升温时膨胀或收缩吗?

物料

  • 2升苏打水瓶
  • 永久标记
  • 剪刀
  • 铅笔
  • 小而薄的橡皮筋
  • 大约20到25个季度
  • 磁带(任何种类都可以使用)
  • 回形针
  • 热自来水
  • 冰块
  • 大浅碗或平底锅
  • 易于清理溢出物的工作区域
  • 洗碗巾或纸巾

制备

  • 确保你(作者: 东西体讯)(伟霆) 有一个工作区域,可以方便地清理溢出的水,例如厨房柜台。
  • 使用成人帮助切割瓶子,并使用非常热的自来水。

程序

  • 让一个成年人用剪刀将一个2升的汽水瓶顶部切掉,将其变成圆筒状。
  • 用胶带覆盖瓶子顶部边缘周围的任何锋利边缘。
  • 使用成人帮助,用剪刀在瓶子的相对两侧戳小孔(大到足以让铅笔通过),大约在顶边下方一英寸。
  • 将铅笔穿过瓶子外部的一个孔。
  • 在铅笔周围环绕你的小橡皮筋。
  • 继续将铅笔推入瓶子另一侧的孔中。
  • 用一个纸夹作为(作者: 东西体讯)(伟霆) 一个“钩子”,用来将它们从橡皮筋上挂起来,将大约20个四分之一的纸叠在一起。你认为你的橡皮筋能够舒适地支撑多少个季度?(你需要的宿舍的确切数量取决于你的橡皮筋的大小和强度,当你将橡皮筋从它上面吊下时,你希望橡皮筋能够明显地伸出,但不要太大,以免它碰到瓶子的底部。强橡皮筋可能需要更多的地方,一个较弱的橡皮筋可能需要更少)。您可以尝试将四分之一的区域铺开,以便更容易悬挂 – 例如,两个叠放在一起的10个叠层或者五个叠放在一起的五个叠层彼此之间 – 而不是一个20个季度的大堆。
  • 将您的2升瓶放入浅碗或平底锅中以吸收任何溢出的水。
  • 用热水将瓶子装满铅笔,使橡皮(作者: 东西体讯)(伟霆) 筋完全浸没。等一两分钟(作者: 东西体讯)(伟霆) 让橡皮筋达到与水相同的温度。你认为橡皮筋的长度会发生什么?
  • 从侧面看瓶子,使你的眼睛与橡皮筋的底部齐平。使用永久性记号笔在瓶子的边缘绘制出一条与橡皮筋底部平齐的线条,并将其标记为“热”。
  • 现在,将冰块加入瓶中并轻轻搅拌。这会导致水位上升,所以有些水会从你为铅笔探出的孔中溢出。
  • 如果水仍然很热,冰块可能会迅速融化。继续加入冰块并轻轻搅拌,直到瓶子和水感觉非常冷。在这个新的温度下,你认为橡皮筋的长度会发生什么?
  • 再看一下瓶子的(作者: 东西体讯)(伟霆) 侧面,让你的眼睛与橡皮筋的底部保持水平。画出一条即使在橡皮筋底部并将其标记为“冷”的新线。
  • 您的“冷”线是高于还是低于“热”线? 这是你预期会发生的事情吗?为什么或者为什么不?
  • 额外:您可以通过使用温度计测量不同的水温来量化活动,并使用尺子来测量橡皮筋的长度。如果您在多个点进行测量(例如,热水,室温水,冰水),则可以绘制结果图。
  • 额外:尝试其他加热和冷却方法,而不是使用热水和冷水。例如,将水倒出瓶子,用吹风机加热橡皮筋。然后冷却,尝试将瓶子放入冰箱约半小时。当你测量橡皮筋时,你会得到相同的结果吗?
  • 额外:用不同的橡皮(作者: 东西体讯)(伟霆) 筋再次尝试活动。有些人比其他人缩(作者: 东西体讯)(伟霆) 小或拉长吗?你为什么这么认为?

观察和结果
你的结果可(作者: 东西体讯)(伟霆) 能会让你感到惊讶!当它变得更冷时,橡皮筋实际上会膨胀!这看起来是违反直觉的,因为大多数材料在受热时会膨胀,在受凉时收缩。这是因为橡胶的不寻常的聚合物结构。当长链变热和振动时,它们实际上会缩短,导致材料收缩。当链条冷却下来时,它们会放松并伸展,导致材料膨胀。

为了便于观察,可以在房子周围找到几英尺长的绳子,绳子或电缆(足够短,以便将其一端保持在空中,而另一端不接触地板)。把绳子拿出来,使其垂直下垂(不振动),并观察底端离地面的距离。现在,快速来回晃动手(使绳子振动)。绳子的末端是靠近地面还是远离?它应该远离绳子“束起来”并振动。同样的事情发生在橡胶中的聚合物链加热并振动时 – 它们实际上变短(作者: 东西体讯)(伟霆) 了。

清理
将水倒入排水沟(或者使用它,并允许水厂)并清理溢出的水。从你的2升瓶子中取出铅笔和胶带并回收它,(作者: 东西体讯)(伟霆) 或者保存它以备未来的科学活动!

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