糖果快照

2020年3月2日 作者 奇先生 0

难度 <! - 2 - >
所需时间 非常短(≤1天)
先决条件
材料可用性 一应俱全
费用 非常低(低于20美元)
安全 没有问题

摘要

你有没有把糖果棒打成两半与某人分享?有些人可能会很干净地抓住一半,但其他人可能会变得粗鲁和灵活。如果你把冰棒贴在冰柜里,这会改变材料的破坏方式吗?试试这个甜蜜的项目吧!

目的

了解冷冻糖果或其他零食是否会使它们更脆弱。

积分

Ben Finio,PhD,Science Buddies
  • Snickers®是Mars,Inc。的注册商标。
  • Airheads®是Perfetti Van Melle Inc.的注册商标。

引用本页

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菲尼奥,本。”Candy Snap。” 科学伙伴,2019年1月26日,https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/MatlSci_p044/materials-science/candy-snap。2019年7月6日访问。

APA风格

菲尼奥(2019年1月26日)。 Candy Snap。从…获得https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/MatlSci_p044/materials-science/candy-snap


最后编辑日期:2019-01-26

简介

你有没有注意到不同类型的食物口中有不同的质地?有些可能是硬而脆,而有些可能是柔软和耐嚼。对不同材料及其性质的研究 – 如它们的灵活性以及它们如何破裂 – 被称为材料科学。现实世界的材料科学家和工程师试图改进我们用于制造物品的材料,例如为建筑物和汽车制造更坚固的金属,或者制造更易于回收和再利用的塑料。在这个项目中,您将学习使用美味(但不一定是健康的)零食的材料科学的基础知识,如图1所示!

candy materials science project 图1. 您可以为此项目使用的糖果类型的一些示例。

您可能已经注意到某些类型的食物,如煮熟的意大利面条或胶状虫,非常灵活。它们很容易用手弯曲,有些甚至会在自重下弯曲。其他类型的食物,如一些糖果棒,有些灵活,但弯曲后它们会保持其形状。保持其弯曲形状的材料称为延展性。其他食物,如椒盐卷饼或未经烹煮的意大利面,当你试图弯曲它们时,很容易咬合或破裂;这些材料被称为脆性.

观看此视频,了解柔性,韧性和脆性材料的一些示例。

视频中的所有示例均为室温。如果你将所有这些食品放入冰箱,你认为会发生什么?它们会变得更脆弱,还是更具延展性?试试这个项目吧!

技术说明

本说明包含更多高级材料科学术语,供有兴趣深入理解该主题的学生使用。您需要理解本说明中的术语才能完成项目。

虽然 ductile 脆弱在材料科学中有特定的定义,但灵活却没有。灵活是我们用来描述容易弯曲或扭曲的材料的日常用语。在材料科学中,从技术上讲,材料的分类取决于它们变形(它们在断裂之前发生了什么)以及它们如何断裂(会发生什么?我>当他们休息时)。

有两种变形,弹性变形和塑性变形。

  • 弹性变形在材料”弹性” 时发生。这意味着当你弯曲,拉伸或压缩它时,它会弹回原来的形状,没有任何永久变形。想想当你弯曲一把尺子时会发生什么;只要你不弯曲太多,它就会恢复原状。
  • 当您弯曲,拉伸或压缩材料以使其永久变形时,会发生塑性变形。这是当你弯曲过多的纸夹时会发生的事情。如果只弯曲纸夹的量非常小,它会弹回原来的形状(弹性变形)。如果将其弯曲超过某一点(称为材料的屈服强度),它将永久变形并保持新形状(塑性变形)。
    • 注意:名称”塑性变形” 起初可能有点混乱。不要将它与塑料材料混淆,像塑料瓶。非塑料材料(如金属回形针)可能会发生塑性变形。

请记住,这两种类型的变形描述了材料在之前发生的事情。有两种类型的断裂描述了材料如何破裂:韧性断裂和脆性断裂。

  • 韧性断裂当材料在断裂之前经历大量塑性变形(意味着它伸展或永久弯曲)时发生。随着材料变形越来越多,韧性断裂缓慢发生。想象一下再次弯曲回形针;在最终破损之前你需要在多长时间内保持慢慢弯曲纸夹?这是韧性断裂。
  • 当材料在断裂之前经历非常小的(如果有的话)塑性变形时发生脆性断裂。想象一下弯曲木尺或铅笔。您可以稍微弯曲它们,它们会弹回原来的形状(弹性变形)。但是,如果弯曲太多,它们会在经历任何永久性弯曲(塑性变形)之前立即断裂(脆性断裂)。

此项目的程序中描述的1-5比例是评估”灵活” 材料的简便方法。对于高级项目,您可以对弯曲每种材料时所看到的行为类型进行分类(请记住,并非所有测试的项目都会断裂;有些可能只显示弹性或塑性变形)。

术语和概念

  • 材料科学
  • 弹性
  • 延性

高级术语:

  • 变形
  • 断裂
  • 弹性变形
  • 塑性变形
  • 屈服强度
  • 脆性骨折
  • 韧性断裂

问题

  • 韧性和脆性材料有什么区别?
  • 当您将食物放入冰箱时,您认为食物的灵活性会怎样?

参考书目

此视频显示冻结某种糖果然后弯曲时会发生什么:

本页描述了低温如何影响某些金属是否具有韧性或脆性(同样的概念适用于食品):

此页面描述的是平均值以及如何计算平均值:

材料和设备

  • 巧克力涂层糖果棒,如Snickers®(6)
    • 注意:建议使用全尺寸糖果棒,因为”有趣大小” 的糖果棒可能难以让幼儿分成两半。
  • 耐嚼,半硬糖,如Airheads®(6)
  • 柔软,柔软的糖果,如粘性蠕虫(6)
  • 时钟或秒表
  • 使用冰柜
  • 实验室笔记本

实验程序

  1. 从所有糖果物品中取出所有包装纸。
  2. 将每种类型的糖果项目中的三个放入冰箱,这样他们就有时间感冒了。记下时间。在一个小时内,这些糖果将准备好进行测试。
  3. 在实验室笔记本中创建如表1所示的数据表。如果您购买了不同类型的食物,请填写您正在使用的名称。

<试验1>试验2

室温 冰柜
食品 试验1 试验2 试验3 平均值 试验3 平均值
士力架
空降场
软糖蠕虫
表1。用于记录结果的数据表。

  1. 您将使用1-5比例填写表1来评估食物的灵活性:
    • 1 =食物完全柔韧,很容易用手弯曲,或在自重下弯曲,但不能永久保持弯曲形状。
    • 2 =食物有点延展性,你可以弯曲它,它只会部分恢复到原来的形状,并保留一些弯曲的形状。
    • 3 =食物是韧性的,你可以弯曲它,它保持弯曲的形状.
    • 4 =食物有点脆,你可以弯曲一点,它会保持弯曲的形状。如果你弯曲太多,就会拍摄。
    • 5 =食物完全脆弱。如果你弯曲它,它根本不会保持弯曲的形状,如果弯曲得太远,它会突然啪的一声。
  2. 拿你的室温吸烟棒(或其他巧克力覆盖的棒),用双手握住它,然后慢慢将它弯成两半(如图2所示),同时密切观察
糖果棒的脆性断裂
图2. 双手握住糖果棒靠近两端,然后慢慢将它弯成两半。

  1. 密切注意它是如何弯曲的,以及它是否会断裂。根据步骤4中的比例为其分配一个数字。请注意,某些材料可能不会中断。
  2. 在表1中记下您的结果(1到5之间的数字)。
  3. 对另外两个室温,巧克力糖果棒重复步骤5-7两次。每个测试称为试验。科学家们总是为实验做多次试验,以确保他们的结果是可重复的,而不仅仅是侥幸。
  4. 对室温Airheads(或其他半硬糖)和胶粘虫(或其他软糖)重复步骤5-8。
  5. 检查时间。等到你将糖果放入冰箱后一小时。
  6. 对冷冻物品重复步骤5-9。只能一次从冰箱中取出它们,然后在将它们从冰箱中取出后立即进行测试,这样它们就没有时间再次预热了。
  7. 计算每个温度下每种食物的平均值,并将其记录在表1中。
    1. 平均值可帮助您将多个试验的测量值组合到一个测量值中。一组数字的平均值为您提供这些数字的”中心” 值。
    2. 要计算平均值,请将三个试验的三个数字相加,然后将结果除以试验次数(在本例中为3)。如果您需要帮助,请向成年人寻求帮助。
    3. 例如,如果您的值为3,4和5,则总和将为3 + 4 + 5 = 12.然后将总和除以3,得到12÷3 = 4.平均值为3 ,4和5是4。
    4. 有时您的结果可能包含带小数点的数字。例如,如果您的值为1,2和2,则总和为1 + 2 + 2 = 5.平均值为5÷3 = 1.67.
    5. 如有必要,请记得向成年人,兄弟姐妹或老师寻求帮助。
  8. 分析您的结果。
    1. 查看您填写表1的数字。
    2. 将每种食物放入冰箱后会发生什么变化?这个数字是更高(更脆)还是更低(更灵活)?
    3. 您是否在结果中看到整体趋势?当温度下降时,所有食物是否变得更脆或更灵活?或者你的结果好坏参半?
    4. 您的结果与预测相比如何?
    5. 哪个项目的灵活性变化最大?哪个最小?
    6. 可选:制作数据条形图。
      1. 将食物类型放在水平轴上。
      2. 将1-5灵活度刻度放在垂直轴上.
      3. 绘制每种食物的平均值。
      4. 制作两组酒吧,每组都有自己的颜色:一组用于室温,一组用于冷冻。
      5. 如果需要,您可以手动制作图表或使用创建图表网站帮助制作图表。

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良好的口感,质地,质量和安全性在食品工业中都非常重要。食品科学技术人员测试和编目食品的物理和化学特性,以帮助确保这些方面。了解更多



变体形式

  • 尝试扩展项目以测试更多食物。如果你测试非糖果项目,如意大利面,椒盐卷饼棒或面包片怎么办?你能找到灵活性而不是似乎依赖温度的食品吗?例如,一种总是具有韧性的食物,或者总是易碎的食物?
  • 尝试测试更多温度。如果你通过将食物放入冰箱而不是冰箱来减少食物量,会发生什么?如果你加热食物,将它们留在阳光直射下,微波炉或放入烤箱中(使用微波炉或烤箱需要成人监督)怎么办?
  • 查找术语弹性变形塑性变形(提示:请参阅​​简介中的技术说明) 。它们与材料的韧性和脆性断裂有何关系?您是否在此项目中观察到任何弹性或塑性变形?
  • 尝试将零食的两端分开而不是弯曲它们。这称为拉伸试验。通过拉动物品难以打破吗?温度如何影响您的结果?
  • 尝试推动物品的末端而不是弯曲它们。这称为压缩测试。通过推动物品难以打破吗?温度如何影响您的结果?
  • 如果您将材料循环到不同的温度会发生什么?例如,将其冷冻一小时,将其从冰箱中取出并让其恢复到室温,然后进行测试?材料是否保持原有的室温特性,或者一旦造成永久性变化就冻结它们?