關鍵概念
物理學
材料科學
工程學
張力
壓縮
引言
你有沒有幫著煮過一鍋意麵？意麵條很長，所以有時人們會把它們掰成兩半，這樣更容易放進鍋裡。意麵到底是怎麼斷裂的？這和科學有什麼關係？事實證明，工程師和材料科學家會研究材料在彎曲時如何斷裂。雖然專業工程師可能更關心橋樑中的鋼樑，但你可以在廚房裡用意麵做一個有趣的實驗！
背景
當你彎曲一根意麵（或其他物品）時會發生什麼？當你彎曲一種材料時，會發生兩件事：一部分會受到張力，意味著它們正在被拉開。另一部分會受到壓縮，或被擠壓在一起。某些材料在張力或壓縮下更容易斷裂，因此工程師和材料科學家研究材料如何斷裂非常重要。更好地理解這些細節可以讓他們建造不會斷裂的結構。橋樑就是一個很好的例子——當汽車駛過橋樑時，它們的重量向下壓，導致橋樑稍微彎曲。這使得橋樑中的材料同時受到張力和壓縮。工程師必須設計橋樑以確保它能夠承受這些力。
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在這個專案中，你將用捆綁在一起的意麵條製作一個“梁”。當你往上面掛重物時，梁將開始彎曲——使一些麵條處於張力狀態，一些處於壓縮狀態。哪些麵條先斷裂取決於意麵的物理特性。你認為意麵會先在張力還是壓縮下斷裂？嘗試這個專案來找出答案！
材料
一盒意麵
兩個等高的物體，如椅子、桌子或大型紙板箱
剪刀（以及成人使用時的幫助）
繩子
回形針
大型塑膠杯或紙杯
用作砝碼的物體（如硬幣）
橡皮筋或膠帶
推薦：安全護目鏡（保護您的眼睛免受斷裂的意麵碎片飛濺）
準備
將兩個等高的椅子、桌子或紙板箱並排擺放，它們之間留有間隙，間隙比一根意麵的長度略短幾釐米。
讓成年人幫忙在你的塑膠杯或紙杯頂部，邊緣下方，在彼此相對的兩側剪兩個小孔。
在你的杯子上的兩個孔中繫上一個繩環，形成一個“把手”（將杯子變成一個小桶）。
將回形針彎成“C”形或“S”形鉤子。這將使你可以將繩把手掛在義大利麵上。
步驟
將一根意麵橫放在椅子（或桌子、盒子等）之間的空隙上。
使用你製作的回形針鉤子將杯子掛在意麵上。
慢慢地開始往杯子裡新增重量（例如硬幣）。你認為在義大利麵斷裂之前，杯子能承受多少重量？
繼續緩慢地增加重量。如果你使用的是硬幣等重物，當你放入硬幣時，用手支撐住杯子，然後輕輕地放下杯子，直到繩子拉動意麵。（不要只是將硬幣掉落或扔入無支撐的杯子中，因為這可能會導致意麵更容易斷裂。）
持續新增重量直到義大利麵斷裂。（如果它彎曲並掉落到空隙中而沒有斷裂，請將你的椅子靠得更近，然後重試。）
現在，將五根意麵捆在一起。透過用橡皮筋或膠帶纏繞它們的末端以將它們固定在一起。你認為捆紮好的義大利麵條能承受多少重量？它會大約是單根麵條能承受的重量的五倍嗎，還是更多或更少？
將捆紮好的意麵橫放在空隙上，然後重複重量測試。記住要緩慢地增加重量。觀察和聆聽你新增重量時會發生什麼。你是否可以在整個捆紮斷裂之前看到或聽到任何單獨的意麵條斷裂？第一根斷裂的意麵是在捆紮的頂部還是底部？
用10根意麵（或者更多，如果你有一個大杯子和很多硬幣）再試一次測試。
仔細觀察斷裂的意麵條的位置。第一根斷裂的意麵條是在捆紮的頂部還是底部？你認為這些是在張力下還是壓縮下？
額外：你如何捆綁意麵條會影響它們能承受多少重量嗎？如果你用繩子鬆散地將它們綁在一起（剛好足以將它們固定在一起），而不是用橡皮筋或膠帶緊緊地包裹它們，會發生什麼？
額外：繼續用更大的意麵束進行測試。你可能需要使用更大的容器（例如桶而不是塑膠杯）來打破更大的束。你也可以使用水作為重量進行此活動，只需確保設定在室外或可以輕鬆清理溢位的地方。
[中斷]
觀察和結果
你應該會發現，捆紮底部的意麵條開始先斷裂。這些是處於張力（被拉開）下的麵條。幹義大利麵是脆性的，這意味著它往往會非常快速地斷裂，而不是永久彎曲（與可延展材料（如粘土）相反，粘土可以拉伸很多並且會在斷裂前改變形狀）。因此，當一根意麵斷裂時，所有其他麵條可能會緊隨其後。工程師希望避免在橋樑等結構中發生這種脆性失效。還有許多其他因素也影響橋樑設計，以確保它們安全且能夠站立——即使在過載下也是如此。
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