Jesteśmy bombardowani informacjami o kolejnych odkryciach ciekawych obiektów we Wszechświecie. Niektóre z nich zachwycają nas swoim niezwykłym składem, inne zjawiskami, które mogą im towarzyszyć. Część doniesień jest tak nieprawdopodobna, że trudno sobie je wyobrazić. Należy do nich gęstość materii w takich obiektach, jak gwiazda neutronowa czy czarna dziura. Czy wiecie, że niewielka ilość gwiazdy neutronowej wielkości kostki do gry miałaby masę większą niż miliard słoni afrykańskich i to w dodatku najedzonych😊 Tak gęste obiekty powstają w wyniku zapadania grawitacyjnego, w czasie którego materia kurczy się pod wpływem siły grawitacji. Aby lepiej zobrazować to zjawisko, przeprowadźmy prosty eksperyment.
UWAGA!
W doświadczeniu należy zachować ostrożność, istnieje ryzyko poparzenia
Potrzebne materiały
- Folia termokurczliwa
- Kredki
- Papier do pieczenia
- Rękawica kucharska
Wykonanie
Folię termokurczliwą można zakupić w niektórych sklepach z artykułami biurowymi, do doświadczenia nada się również grubsza folia PE, np. malarska. Wycinamy fragment folii i coś na nim rysujemy – ważne by używać kredek ołówkowych, ewentualnie pisaków permanentnych (kredki woskowe pod wpływem temperatury mogą się roztopić). Wspólnie synem postanowiłem, że zrobimy małą układankę, więc przygotowany rysunek pocięliśmy na kilka części.
Następnie umieszczamy folię na blaszce do pieczenia, najlepiej na papierze (na zdjęciu widać jej wymiary). Piekarnik rozgrzewamy do temperatury ok. 160 st. C (w przypadku folii malarskiej temperatura nie powinna przekraczać 120 st. C), po czym wkładamy do niego blaszkę. Po chwili folia zaczyna się wyginać i kurczyć. Możemy wówczas wyciągnąć nasze dzieło. Warto odczekać 1-2 minuty przed dotykaniem folii, ponieważ może być jeszcze plastyczna. Rozmiary rysunku w zależności od składu użytych tworzyw zmniejszą się 1,5 – 3 razy. W moim przypadku układanka nie tylko się zmniejszyła, lecz również elementy stały się grubsze i twardsze.
Gdyby zdobycie folii było niemożliwe samo zjawisko termokurczliwości można zaobserwować również używając torebki po chipsach – zmniejszone opakowanie stanie się sztywne i pofałdowane, ale można bez problemu odczytać z niego zawarte napisy.
Wytłumaczenie
Właściwości termokurczliwe posiada wiele polimerów. Najczęściej do produkcji termokurczliwych tworzyw sztucznych używa się mieszanin poliolefin, głównie polietylen i polipropylen. Pod wpływem wyższej temperatury z długich łańcuchów polimerów wybijane są atomy wodoru, a tym samym powstają wolne wiązania, które mogą się połączyć z sąsiednimi łańcuchami – sieć pomiędzy atomami węgla i wodoru staje się bardziej gęsta. Sam materiał też zwiększa swoją gęstość. Zjawisko termokurczliwości jest wykorzystywane w wielu gałęziach przemysłu, przede wszystkich w elektronice i elektryce, zarówno do łączenia elementów jak i izolacji przewodów pod napięciem.
Kurczenie materii pod wpływem siły grawitacji jest procesem powszechnym. To ono prowadzi do powstania galaktyk, gwiazd czy planet, a także wyznacza różne etapy życia poszczególnych ciał niebieskich. O samym kolapsie grawitacyjnym wspomniałem przy okazji opisu zjawiska implozji (nr 90 Astronomii). Wart jednak zaznaczyć, że kurczenie się pod wpływem wyższej temperatury jest niestandardowe – zazwyczaj wraz z wyższą temperaturą substancje zwiększają swoje rozmiary, w tym przypadku jest odwrotnie. Także przy zapadaniu grawitacyjnym większa gęstość materii prowadzi do wzrostu temperatury. Badania na temat kurczenia się trwają, być może na wiele pytań odpowie mechanika kwantowa. Póki co nie znamy na wszystkie odpowiedzi.
Tekst i zdjęcia
Łukasz Wyka
Artykuł zamieszczony był w majowym wydaniu Astronomii (2020, 5 (95), s. 78-79)
Literatura
- Ł. Wyka, Implozja – wybuch pod kontrolą, Astronomia, 2019, 12 (90), s. 94-95
- Artykuł na stronie internetowej: https://kopalniawiedzy.pl/trifluorek-skandu-badania-sily-kwantowe,23290
- Artykuł na stronie internetowej: https://www.ergom.com/pl/cms/wiedza/zjawisko-termokurczliwosci-wykorzystanie-w-elektrotechnice.html