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火车的“哐当”声哪来的?2分钟小实验告诉孩子铁轨为什么要留缝

孩子学科学就关注 爆炸实验室 2020-09-07


今天爆爆给炸炸出了一个难题
用铁环穿过直径比它大的铁球
炸炸使出了拧瓶盖的力气
还是没能让铁环穿过去



要让铁环穿过比自己直径大的小球
除非把铁环直径变大或者小球直径变小


炸炸灵机一动
变大变小可以通过热胀冷缩呀
可是金属也会热胀冷缩吗?


答案是肯定的
我们都知道
水和气体都有热胀冷缩的属性
而很多金属的热胀冷缩属性常常被人们忽略


1825年
英国铺设了第一条铁路
所有的钢轨全部焊接在一起
可夏天的时候钢轨变得七歪八扭
到了冬天,钢轨竟裂成几段
造成这样损失背后的原因
就是造铁路的时候没考虑钢轨发生热胀冷缩


所以

现在的铁轨设计过程中都会留一段空隙


今天的小实验
带孩子了解一下神奇的金属热胀冷缩吧~


-金属热胀冷缩-


https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?vid=v0546m1sdp6&width=500&height=375&auto=0


材料



塑料杆/蜡烛/底座/杆扣/小铁珠/铁环



步骤



-第一步-

将铁环放在塑料杆上

扣上杆扣



-第二步-

尝试用铁环穿过放在底座上的小铁珠



-第三步-

用蜡烛烧热铁环后再次尝试穿过小铁珠

铁环居然顺利通过啦



(注:燃烧过程请一定有家长在旁看护)


原理


热胀冷缩是物体的一种基本性质,即受热以后物体的体积会膨胀,冷却时其体积会缩小。物质都会热胀冷缩,金属也不例外。只是一些金属的热胀冷缩程度很小,肉眼难以分辨。


那么,为什么物体会热胀冷缩呢?


物质是由原子组成的,原子在时刻不停地运动着,运动的速度会随温度改变,这是物体热胀冷缩的根本原因。对于固体来说,它的基本单元是由质点(原子或离子)构成的点阵,这些质点在晶格点阵中围绕其平衡位置振动。这种振动不是左右对称的简谐振动,而是非简谐振动。



当固体受热时,质点振动加剧,由于非简谐效应的存在,质点的平衡位置就会发生移动,导致相邻质点间的平均距离增大,于是,固体的体积就变大了。反过来,当温度降低时,由于质点振动减弱,质点之间的平均距离减小,固体的体积就变小了。


在本次小实验中,铁环在受到火焰加热后膨胀,中间的环孔也随之增大,从而可以通过原来半径比它大的小球。


只要留心观察,我们日常生活中也能看到金属的冷缩现象。比方说,金属铁有热胀冷缩的特性,因此我们在铺设铁轨时,必须保留一定的间隙,以防止气温升高时,铁轨因受热膨胀伸长而相互推挤变形。夏天安装电线的时候,两根电线桩之间的距离也不能拉得太紧,冬天气温低,电线会收缩,原来太紧的话,很容易被拉断。


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材料



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