Ελαστικότητα και θερμοκρασία λαστιχένιου ιμάντα:Όταν τεντώνετε και αφήνετε ένα λαστιχάκι, γιατί αλλάζει τη θερμοκρασία;
Όταν τεντώνετε ένα λάστιχο, ο όγκος και η εντροπία μειώνονται και η θερμοκρασία αυξάνεται, ενώ όταν αφήνετε ένα λάστιχο να χαλαρώσει, ο όγκος και η εντροπία αυξάνονται, οπότε η θερμοκρασία πέφτει.
Τα λαστιχάκια είναι χρήσιμα για κάθε είδους καθημερινές εργασίες, από το δέσιμο των μαλλιών σας μέχρι το κλείσιμο μιας σακούλας με πατατάκια, αλλά έχετε σκεφτεί ποτέ τη φύση αυτών των περίεργων λαστιχένιων δαχτυλιδιών; Για παράδειγμα, όταν τεντώνετε ένα λάστιχο, όχι μόνο φαίνεται να λεπταίνει και να αλλάζει χρώμα, αλλά ακόμα και η θερμοκρασία του λάστιχου αλλάζει! Από την άλλη πλευρά, εάν απελευθερώσετε ένα λάστιχο και το αφήσετε να επιστρέψει στο κανονικό του μέγεθος και σχήμα, το λάστιχο αισθάνεται δροσερό στην αφή και το χρώμα επιστρέφει στο κανονικό.
Διατάσεις λαστιχένιας ζώνης (Φωτογραφία :Yeti studio/Shutterstock)
Μπορεί να μην με πιστεύετε, οπότε πηγαίνετε και δοκιμάστε το μόνοι σας και μετά επιστρέψτε για να μάθετε γιατί τα λαστιχάκια συμπεριφέρονται με τόσο περίεργους τρόπους.
Τι είναι το Rubber Band;
Τα λαστιχάκια είναι δακτύλιοι από καουτσούκ που ποικίλλουν σε μέγεθος, πάχος, αντοχή και χρώμα και χρησιμοποιούνται σε μεγάλη ποικιλία βιομηχανιών σε όλο τον κόσμο. Τα λαστιχάκια κατασκευάζονται συνήθως από οργανικό καουτσούκ, καθώς προσφέρει πολύ καλύτερη ελαστικότητα από τα προϊόντα συνθετικού καουτσούκ. Το καουτσούκ που βλέπετε στην καθημερινή χρήση προέρχεται συχνά από το δέντρο καουτσούκ (Hevea brasiliensis ), το οποίο καλλιεργείται κυρίως σε χώρες της Νοτιοανατολικής Ασίας, όπως η Ταϊλάνδη και η Ινδονησία. Το καουτσούκ είναι ένα μοναδικό υλικό επειδή αποτελείται κυρίως από πολυμερή, τα οποία είναι μόρια μακράς αλυσίδας.
Μπάλα από λαστιχένια ταινία (Φωτογραφία:FabrikaSimf/Shutterstock)
Όταν ένα λάστιχο είναι στη χαλαρή του μορφή, που σημαίνει ότι δεν τεντώνεται, αυτά τα μόρια μακράς αλυσίδας μπλέκονται το ένα με το άλλο. Όταν ένα λάστιχο είναι σε τεντωμένη μορφή, αυτά τα ίδια πολυμερή θα ξετυλιχθούν και θα γίνουν ίσια. Όταν ένα λάστιχο είναι τεντωμένο, το χρώμα του αλλάζει συχνά σε πιο ανοιχτόχρωμη απόχρωση, ακόμα και λευκό. Εάν συνεχίσετε να τραβάτε το λάστιχο, στην πραγματικότητα τεντώνετε τα μόρια εαυτά , όχι απλώς να τα ξεμπερδεύουμε σε ευθείες γραμμές. Εφόσον δεν σπρώξετε το λάστιχο από το "ελαστικό εύρος" στο "πλαστικό εύρος", το λάστιχο θα πρέπει να επιστρέψει τέλεια στην αρχική του μορφή. Ωστόσο, εάν τεντώσετε πολύ το λάστιχο, θα εμφανιστεί πλαστική παραμόρφωση και τελικά θα φτάσει σε σημείο θραύσης, όταν θα σπάσει!
Γιατί οι λαστιχένιες ταινίες αλλάζουν τη θερμοκρασία;
Τώρα που καταλαβαίνετε τη βασική φυσική φύση των λάστιχων, μπορούμε να βουτήξουμε στην απροσδόκητη θερμοδυναμική συμπεριφορά των λάστιχων. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα λαστιχάκια τείνουν να εκπέμπουν θερμότητα όταν τεντώνονται και νιώθουν δροσερά στην αφή όταν τους αφήνουμε να επιστρέψουν σε μια «κανονική» κατάσταση. Ενώ πολλοί άνθρωποι συνδέουν την απελευθέρωση θερμότητας με μια αλλαγή ενέργειας, δεν υπάρχει συγκεκριμένη διαφορά στην ενέργεια ενός κανονικού χεριού από καουτσούκ και ενός τεντωμένου χεριού. Ωστόσο, υπάρχει διαφορά στην εντροπία!
Όταν τεντώνετε ένα λάστιχο, ευθυγραμμίζετε τα πολυμερή και εξαλείφετε όλα τα χαοτικά μπερδέματα. Στην πραγματικότητα, μειώνετε την εντροπία των μορίων, αλλά το σύμπαν προτιμά να κινηθεί προς την εντροπία. Η τάξη απαιτεί ενέργεια και προσπάθεια, ενώ η εντροπία είναι η φυσική κατεύθυνση της ύλης. Όταν ένα λάστιχο αφήνεται να απελευθερωθεί και να επιστρέψει στην κατάσταση υψηλής εντροπίας των μπερδεμάτων και των κόμβων, η ελαστική δύναμη που προκαλεί αυτή τη συστολή θεωρείται εντροπική δύναμη!
Σαφώς, η εντροπική δύναμη που δρα στα πολυμερή θέλει να αντισταθεί στο τέντωμα, οπότε όταν τραβάμε ένα λάστιχο, εκτελούμε εργασίες στο υλικό. Αυτή η εργασία που εκτελούν τα δάχτυλα ή τα χέρια μας συμβάλλει με ενέργεια στο λάστιχο, αλλά δεν απαιτείται να ξεμπλέξουμε τα πολυμερή. Μέρος αυτής της ενέργειας θα κάνει τα πολυμερή να κινούνται πιο γρήγορα, αλλά η υπόλοιπη ενέργεια θα εκπέμπεται ως θερμότητα, την οποία μπορούμε να ανιχνεύσουμε ξεκάθαρα (κρατήστε ένα τεντωμένο λάστιχο στο μάγουλό σας!).
Από την άλλη πλευρά αυτής της διαδικασίας, όταν απελευθερώνετε ένα λάστιχο, τα πολυμερή πρέπει να εκτελέσουν κάποιο επίπεδο εργασίας για να ξεπεράσουν τις δυνάμεις που τα κρατούν ίσια. Η ενέργεια για την εκτέλεση αυτής της εργασίας προέρχεται από τη θερμότητα, η οποία καταναλώνεται κατά την επιστροφή των πολυμερών σε μια θέση υψηλής εντροπίας. Αυτή η χρήση της θερμότητας από τον περιβάλλοντα αέρα και τα πολυμερή υψηλής δόνησης θα κάνει το λάστιχο να αισθάνεται πιο δροσερό (ακόμα και από τον περιβάλλοντα αέρα) μόλις επιστρέψει στην κανονική, χαλαρή του κατάσταση.
Αυτός είναι επίσης ο λόγος πίσω από ένα άλλο παράξενο γεγονός για τα λαστιχάκια. Ενώ οι περισσότερες ουσίες συστέλλονται όταν εκτίθενται σε ψυχρή θερμοκρασία (αιμοφόρα αγγεία, νερό, μέταλλα κ.λπ.) και διαστέλλονται όταν θερμαίνονται, οι λαστιχένιες ταινίες συμπεριφέρονται με τον αντίθετο τρόπο. Εάν δώσετε στα λάστιχα περισσότερη θερμική ενέργεια, θα συνεχίσουν να συρρικνώνονται, αυξάνοντας την εντροπία τους, ενώ η έκθεσή τους στο κρύο θα τα κάνει να χαλαρώσουν, να τεντωθούν και να διασταλούν!
Μια τελευταία λέξη
Την επόμενη φορά που θα ρίξετε τα μαλλιά σας σε μια αλογοουρά, ίσως θα σκεφτείτε δύο φορές το λαστιχάκι που απλώνετε τόσο απρόσεκτα γύρω από τις κλειδαριές σας. Αν και μπορεί να φαίνονται απλά εργαλεία, αντιπροσωπεύουν μια μάλλον μοναδική και συναρπαστική επίδειξη των καθολικών μας νόμων της θερμοδυναμικής. Μπορεί να νομίζετε ότι η ζωή σας είναι χαοτική, αλλά να θυμάστε ότι τα πάντα, από το λάστιχο στον καρπό σας μέχρι την πυρηνική καρδιά του ήλιου, κατευθύνονται επίσης προς την κατεύθυνση της εντροπίας!
