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
- Snickers®是Mars，Inc。的注册商标。
- Airheads®是Perfetti Van Melle Inc.的注册商标。
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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！
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.
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。您不需要理解本说明中的术语才能完成项目。
虽然 ductile 和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
- 脆
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:
- FormationStation.（2012年11月15日）.脆弱与韧性变形。检索2015年4月14日，来自 https://youtu.be/E99zyNZC7gQ
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）:
- 新南威尔士大学.（2014年10月24日）.延展到脆弱的过渡。检索2015年4月9日，来自 http://www.materials.unsw.edu.au/tutorials/online-教程/2ductile脆转变
此页面描述的是平均值以及如何计算平均值:
- MathIsFun.（不详）.如何找到平均值。检索2015年4月14日，来自 http://www.mathsisfun.com/mean.html
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
- 从所有糖果物品中取出所有包装纸。
- 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。
- 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。
| 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 | ||||||||
- 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。
- 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
图2. 双手握住糖果棒靠近两端，然后慢慢将它弯成两半。
- 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。
- 在表1中记下您的结果（1到5之间的数字）。
- 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。
- 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。
- 检查时间。等到你将糖果放入冰箱后一小时。
- 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。
- 计算每个温度下每种食物的平均值，并将其记录在表1中。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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.
- 如有必要，请记得向成年人，兄弟姐妹或老师寻求帮助。
- 分析您的结果。
- 查看您填写表1的数字。
- 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）？
- 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？
- 您的结果与预测相比如何？
- 哪个项目的灵活性变化最大？哪个最小？
- 可选:制作数据条形图。
- 将食物类型放在水平轴上。
- 将1-5灵活度刻度放在垂直轴上.
- 绘制每种食物的平均值。
- 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。
- 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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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？
- 查找术语弹性变形和塑性变形（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？
