Знакомый всем материал - резина - обладает свойством эластичности, благодаря чему может принимать исходную форму после деформации. Эластичность обусловлена процессами, происходящих на молекулярном уровне этого материала. Оказывается, эти процессы вы можете прочувствовать сами, проведя простой опыт. Разберемся, как именно.
Резина – это материал, который получают из каучука. Каучук добывается из млечного сока различных растений. Самое известное из них – гевея.
Каучук представляет собой полимер из атомов углерода и водорода – длинную цепочку из повторяющихся молекулярных фрагментов.
Для того, чтобы получить из каучука резину, проводят процесс вулканизации – множество таких цепочек сшивают между собой через дополнительные атомы. Часто для этих целей используют, например, серу.
После вулканизации получается не набор отдельных длинных цепочек, а единая пространственная сетка. Такие дополнительные сшивки позволяют сделать материал более твердым.
Однако стоит переборщить – добавить более 30% серы – и материал потеряет свойство эластичности. Так получают, например, эбонит и, соответственно, знакомые всем с уроков физики эбонитовые палочки.
Что же происходит в резине, когда мы её растягиваем?
В обычном состоянии цепочки полимера находятся в слегка изогнутом, свернутом состоянии. Это объясняется тем, что звенья и атомы не закреплены жёстко как на каком-то каркасе или проволоке – происходит их тепловое движение и конформация полимера, то есть его пространственная форма и положение цепочек непрерывно меняются. Более того, сами цепи способны соударяться друг о друга.
Когда мы начинаем растягивать резину, цепочки начинают вытягиваться вдоль одной линии. А, значит, число соударений цепочек друг о друга увеличивается. Что приводит к росту скорости молекул и увеличению внутренней энергии – резина нагревается. Как только мы прекращаем растягивать резину, тепловое движение начинает стремиться вновь «запутать» цепочки, позволить им стать изогнутыми и сократить их длину. В результате резина сжимается. Такие «расслабленные» цепочки, с которых сняли приложенное напряжение, наоборот будут терять энергию: из-за этого резина будет охлаждаться.
Чтобы убедиться в этом, вы можете проделать опыт самостоятельно: вам нужно всего лишь приложить, например, резиновую ленту (подойдут даже канцелярские резинки) к губам в момент растяжения и затем отпустить её, позволив сжаться. Таким образом вы сможете почувствовать разницу в температуре растягиваемого участка.
Зная молекулярный механизм, как работают резиновые ленты, можно пользоваться
таким лайфхаком: нагретая резина может поднять больший груз!
При большей температуре натянутые цепочки будут подвергаться более сильной
бомбардировке соседних молекул, а значит, будут стремиться сильнее сжаться
обратно. Поэтому в целом резиновую ленту будет сложнее растянуть и ее грузоподъемность
увеличится!
Смотрите новые видео на youtube.com/@PhysFromPobed