棉花糖是孩子们的最爱之一,那甜蜜的滋味让人难以忘怀,绵柔的口感总能让人内心充满幸福。事实上,这些方方正正的糖果不仅是美味的化身,更是科学实验的好素材。今天,我们利用棉花糖来探究有关大气压力的知识。
材料准备
真空抽气机、真空玻璃罩及底座、橡胶管、气泵、塑料瓶、棉花糖。
安全提示:请在成年人的帮助下完成这个实验。
膨胀的棉花糖
第一步:将棉花糖放入真空玻璃罩中,扣紧透明玻璃罩,使其内部呈密闭状态。
第二步:用橡胶管连接玻璃罩上的接口与真空抽气机,再次检查各个接口,确保没有缝隙漏气。
第三步:打开抽气机,将空气从玻璃罩内抽出。同时,仔细观察棉花糖的形态变化。
当将瓶内空气不断抽出时,棉花糖的体积也逐渐增大,它们不断膨胀,甚至冲破了外层的糖衣。原本形状规则的棉花糖块像充了气的气球一般,体积持续增大,直至罐子内的空气被完全抽净时,它们才稳定下来。
皱缩的棉花糖
第一步:向塑料瓶中加入小粒棉花糖,直至填满3/4的瓶内空间。
第二步:把配套的气泵通过瓶口的螺圈固定好,使整个装置处于密闭状态。
第三步:反复推拉气泵的推杆,向瓶内注入空气。同时,仔细观察棉花糖的形态变化。
与之前的抽气实验不同,这一次,注入瓶内的空气将棉花糖压扁,它们皱缩着堆叠在一起。
原理解析
看似方方正正的棉花糖并不是一颗实心的糖果,在其柔软的“身体”之内隐藏着许多微小气泡。当你试着用手掌压扁棉花糖时,能够感觉到它如同海绵一般蓬松的质地。若用小刀将其切开,也能清楚地看到棉花糖内部凹凸不平的结构。事实上,在一颗棉花糖中,空气所占的比重大约为40%—60%。
在第一个实验中,棉花糖被存储在密闭的容器内,此时罐子内外的压力相等,棉花糖内外的压力也相等。当开启抽气机后,瓶内的气体不断减少,气压降低。在压力差的作用下,被束缚在棉花糖内部的微小气泡不断膨胀,进而促使棉花糖变得越来越大。最终,当瓶内几乎达到真空状态时,棉花糖也到达了自身的极限。
第二个实验与之前的操作刚好相反。借助气泵向瓶子内注入空气,以增大瓶内气压,此时,气压差迫使棉花糖发生了形变,它挤压着其中的气泡,使其越变越小。待塑料瓶内的气压到达其所能承受的上限时,棉花糖的体积也缩到了最小。
生活链接
空气虽然看不见摸不着,却是鼎鼎有名的“大力士”。在日常生活中,人们时常利用气压来解决生活中的小难题。例如,利用大气压把带有吸盘的挂钩固定在平整的墙壁上;护士借助针管中的气压将药液注射入病人体内;而家里常用的真空压缩袋也能够将被子、棉衣“抽干”并压缩成扁平状,利于收纳。