جستجو بر اساس تاريخ مطلب
 مطالب پیشنهادی
  آبنبات‌های شکننده و غیرشکننده
آبنبات‌های شکننده و غیرشکنندهمشاهده‌ي علمي
مفاهیم کلیدی: دما، فیزیک، مهندسی، علم مواد
مشاهده علمی ۲۱۹
 
یک فعالیت علمی بسیار شیرین از دوستداران علم!
 
مقدمه: 
آیا تا بحال یک آبنبات را نصف کرده‌اید تا آن را به دوستتان هم بدهید؟ آیا می‌دانید که کار شما در حقیقت یک فعالیت فیزیکی بوده است؟ شما با فعالیت امروز می‌توانید چیزهای بیشتری درباره‌ی علم مواد و ویژگی‌های آبنبات‌ها بیاموزید. این روشی بسیار جالب (و خوشمزه) برای مطالعه‌ی علم مواد است و طی آن یاد می‌گیرید که مواد مختلف چگونه و تحت چه شرایطی می‌شکنند. در این پروژه شما آبنبات‌های متفاوتی را برش می‌دهید و سپس آن‌ها را در فریزر می‌گذارید تا ببینید که چه تحولی برایشان رخ می‌دهد. به نظر شما پس از این اقدام، آبنبات‌ها سخت‌تر می‌شکنند یا آسان‌تر؟ 
 
 
 
 
پیش‌زمینه:
دانشمندان علوم مواد و مهندسان، مواد مختلفی را مطالعه می‌کنند. آن‌ها بررسی می‌کنند که این مواد چطور خم می‌شوند و می‌شکنند، و چگونه می‌توان استحکام بیشتری به مواد داد. این علوم به مهندسان کمک می‌کنند مواد و ساختارهای محکم‌تر و ایمن‌تری را بسازند. با توجه به این که شما مواد را بکشید، خم کنید یا فشرده کنید رفتارهای مختلفی از خود نشان می‌دهند. اگر ماده‌ای را تنها اندکی بکشید و یا خم کنید، ماده می‌تواند به حالت اولیه‌ی خود برگردد. برای مثال فرض کنید یک خط‌کش فلزی یا پلاستیکی را به میزان کمی خم کنید. این حرکت «فنری» خط‌کش برای بازگشت به حالت اول «تغییر شکل کشسانی» نامیده می‌شود. همه‌ی مواد قبل از این‌که بشکنند، تا حدی از خود خاصیت کشسانی نشان می‌دهند، هرچند ممکن است این خاصیت بسیار کم باشد. 
 
 
 
اما چه چیزی رخ می‌دهد اگر ماده‌ای را بیش از حد خم کنید یا بکشید؟ بعضی مواد به تغییر شکل ادامه می‌دهند و به طور موقت شکل جدیدشان را حفظ می‌کنند و دیگر حرکت فنری به حالت اول را ندارند. برای مثال، یک برگ کاغذ را تصور کنید که تا شده باشد. این ویژگی را «تغییر شکل اِلاستیکی» می‌نامند. موادی که می‌توان آن‌ها را بارها و بارها تغییر شکل داد و به زودی نمی‌شکنند «چکش‌خوار» می‌نامند. سایر مواد هنگامی که تحت خم شدن یا فشار قرار بگیرند، به طور ناگهانی می‌شکنند، مانند یک مداد و یا یک خط‌کش چوبی. به این دسته از مواد که تحت تغییر شکل اِلاستیک دوام چندانی ندارند «شکننده» گفته می‌شود. 
 
 
 
اما رفتار مواد همواره ثابت نیست. شرایطی مانند دما می‌تواند اثر بزرگی بر پاسخگویی آن‌ها در برابر کشش و خم شدن داشته باشد. مهندسانی که لوازم و اسباب خارج از خانه‌ها را می‌سازند، مانند پل‌ها و یا پیزهایی که در بیرون کاربرد دارند مانند خودروها این موضوع را در نظر می‌گیرند که چگونه تغییر آب و هوا و تغییر دمای پیرامون این سازه‌ها و وسایل بر آن‌ها اثر می‌گذارند. قطعاً شما دوست ندارید وسایل پیرامونتان به گونه‌ای باشند که در تابستان نرم و لطیف بوده و در زمستان به طور ناگهانی بشکنند و خرد شوند! یکی از موضوعات مهم علم مواد بررسی اثر دما بر روی استحکام و شکنندگی مواد و ساختارهای مختلف است. در فعالیت امروز می‌بینید که دمای پیرامون چه اثری بر خم شدن و بریده شدن انواع مختلف آبنبات‌ها دارد. 
 
 
 
 
مواد و وسایل لازم:
دو نوع آبنبات مختلف به انتخاب خودتان، مانند شکلات و آبنبات میوه‌ای

دو نوع آبنبات نرم، مانند انواع پاستیل و تافی به انتخاب خودتان
دسترسی به یک فریزر
کاغذ و خودکار یا مداد
 
آماده‌سازی: 
قبل از شروع فعالیت، یک عدد از همه‌ی انواع آبنبات‌ها را به مدت یک ساعت در فریزر قرار دهید. 
بقیه‌ی آبنبات‌ها را در دمای اتاق رها کنید. آیا به نظر شما دما اثر قابل توجهی بر رفتار آبنبات‌ها دارد؟
 
روش کار:
یکی از آبنبات‌هایی که در دمای اتاق بودند را بردارید . آن را در میان دو دست خود بگیرید. 
به آرامی شروع به خم کردن آن از وسط کنید. به دقت بررسی کنید که خم کردن این آبنیات چقدر زحمت دارد. آیا این آبنیات منعطف است یا سخت خم می‌شود؟
به خم کردن ادامه دهید تا زمانی که آبنبات بشکند. دقت کنید که آبنبات چگونه می‌شکند. آیا به طور ناگهانی می‌شکند «شکننده» یا به آرامی شروع به دو نیم شدن می‌کند «چکش‌خوار»؟ 
توجه: برخی آبنبات‌ها بسیار منعطف هستند و ممکن است با خم کردن اصلاً نتوانید آن‌ها را بشکنید. این آبنبات‌ها را بکشید. با کشیدن آن‌ها را دو نیم کرده و بررسی کنید که به طور ناگهانی پاره می‌شوند یا به آهستگی؟ 
اگر مایل باشید می‌توانید پس از آزمایش شکستن هر کدام از آبنبات‌ها، نتایج مشاهده‌ی خود را یادداشت نمایید. 
اکنون آبنبات‌های درون فریزر را خارج کرده و مراحل بالا را برای آن‌ها هم تکرار کنید. به دقت بررسی کنید که این دسته از آبنبات‌ها چگونه می‌شکنند. آیا شکستن آن‌ها آسان‌تر شده؟ یا سخت‌تر؟ آیا با روش متفاوتی شکسته می‌شوند؟
این مراحل را برای هر دو گروه از آبنبات‌ها اجرا کرده و نتایج را به دقت بررسی و یادداشت کنید. 
آیا آبنبات‌هایی که در فریزر بودند رفتار متفاوتی داشتند؟ آبنبات‌های متفاوت را در دمای یکسان چگونه ارزیابی می‌کنید؟ به نظر شما اگر آن‌ها را در دمایی بیشتر از دمای اتاق نگه داریم، چه رفتاری نشان می‌دهند؟ 
 
مشاهده و نتیجه‌گیری:
در این فعالیت شما دیدید که بیشتر مواد پس از اینکه در فرزیر ماندند و دمایشان کاهش یافت، دچار کاهش انعطاف‌پذیری می‌شوند. بعضی از آبنبات‌ها که نرم هستند در ابتدا به آسانی خم می‌شوند، اما پس از سرد شدن سخت‌تر دچار خمش می‌شوند. هرچند که هنوز هم به طور ناگهانی نمی‌شکنند و فقط کمی سخت‌تر خم می‌شوند. این به معنای غلط بودن آزمایش شما نیست! برخی مواد با وجودی که در دماهای بسیار پایین قرار می‌گیرند، هنوز شکننده نیستند و چکش‌خوار باقی می‌مانند. برخی مواد هم با سرد شدن از حالت چکش‌خوار به حالت شکننده تبدیل می‌شوند. چنین چیزی درباره‌ی قطعه‌های شکلات صدق می‌کند. 
 
 
 
 
نکته‌ی پایانی: به طور کلی زیاد خوردن مواد شیرین و تنقلات برای سلامتی مضر است. پس از این آزمایش همه‌ی آبنبات‎ها را به تنهایی نخورید. در غیر این صورت ممکن است دچار دل‌درد شوید. می‌توانید آن را به اطرافیانتان هم بدهید. همچنین می‌توانید قسمتی از آن را برای بعد بگذارید. 
 

منابع:
 

 

1395/9/3لينک مستقيم

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 محتواي زنده مشاهده علمي

 فعاليت هاي علمي
 تماس با ما
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  747
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  747