主要概念
物理
材料
彈性
溫度
引言
氣球很有趣，它們有各種尺寸、顏色和形狀，非常適合裝飾、水上游戲、造型和其他創意活動。但是氣球在娛樂之外也有用途：監測天氣、擴張阻塞的動脈和提供交通工具只是其中的幾個例子。最早的氣球是由動物的膀胱或腸子製成的。這為我們今天看到的乳膠、橡膠和尼龍織物氣球讓路。你有沒有想過是什麼讓這些材料非常適合製作氣球？嘗試一下這個活動來找出答案！
背景
氣球的彈性取決於其材料。大多數氣球由橡膠、乳膠或尼龍織物製成，這些材料由稱為聚合物的長顆粒組成，這些顆粒就像煮熟的義大利麵條一樣，但要小得多！當你拉伸這些材料時，其中的聚合物會伸直並相互滑動。當你鬆開時，聚合物之間的小力會將它們拉回在一起，就像一個收縮的彈簧。因此，這些材料被稱為“彈性”，這意味著它們在被拉伸或壓縮後會自發地恢復到正常形狀。
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當你給氣球充氣時，其材料中數萬億的聚合物正在伸直並相互滑動：第一口空氣使它們伸直，之後每一次吹氣都會將聚合物相互推開，對抗將它們拉回在一起的力。如果你忘記捏住氣球口以防止空氣逸出，聚合物就會拉回在一起。這會將空氣推出氣球，你將不得不重新開始！
氣球是彈性的——但僅在一定程度上。當你拉伸它們時，它們通常會在你排出空氣後恢復到原來的形狀。但是，如果你將它們拉伸得太多，它們將永遠無法完全恢復到原來的形狀。如果你將它們拉伸得更多，你最終會達到斷裂點，材料會破裂。
物質的溫度表明其粒子移動和擺動的程度。由於較高的溫度意味著更多的運動，室溫氣球中的聚合物比冷氣球中的聚合物擺動和移動得更多。許多材料在冷卻時會變得脆而缺乏彈性。一片面包就是一個很好的例子：它在室溫下是柔韌的，有時具有彈性，但在冷凍時會失去這些特性。那麼，冷氣球也會抗拒拉伸嗎？
材料
幾個新的氣球，所有尺寸和材料都相同
記號筆
冰箱
烤肉串
潤唇膏或凡士林
準備工作
用記號筆在兩個未充氣的氣球上做標記。
將兩個標記過的氣球在冰箱中冷卻至少兩個小時。將其他氣球放在室溫下。
步驟
取一個室溫氣球，向其中吹一口氣。將空氣吹入空的氣球有多費力？
再向氣球吹幾口氣。將空氣吹入氣球是變得更容易還是更困難？為什麼會這樣？
讓空氣從氣球中逸出，並在繼續之前深呼吸幾次。
從冰箱中取出一個氣球，並用這個氣球重複之前的三個步驟。與室溫下的氣球相比，吹起一個冰冷的氣球有多費力？
為了進行公平的比較，重複之前的步驟，現在先測試另一個冰冷的氣球，最後測試室溫氣球。你的結果是否改變？為什麼一個會比另一個更困難？
取一個你剛剛用過的室溫氣球，將其充氣，直到你害怕如果你再吹一口氣它就會爆裂。然後讓空氣逸出。
將一個新的氣球放在另外兩個用過的室溫氣球旁邊。這三個空的氣球在哪些方面看起來相似和不同？
從尖端開始，在烤肉串上塗一些潤唇膏。
將其中一個氣球（任何一個都可以）吹到大約三分之二滿，並將其打結，以便將空氣困住。你認為當我們用烤肉串戳氣球時會發生什麼？
看看你吹脹的氣球。你會把烤肉串戳到氣球的哪個位置以快速戳破氣球？你為什麼選擇那個位置？你能找到一個你可能可以用烤肉串戳氣球而不會戳破它的位置嗎？
戳一下氣球，把它戳破。它爆了嗎？你認為是什麼產生了氣球爆裂的巨響？
將另一個氣球充氣到大約三分之二滿。將其打結並檢查。如果你想在不戳破氣球的情況下將烤肉串戳入其中，你會把它戳到哪裡？
試一試。你成功了嗎？
如果它沒有成功，請嘗試另一個氣球。注意靠近結或頂部的橡膠看起來更暗更厚。這些跡象表明橡膠仍然可以在那裡拉伸。多試幾次，直到你成功地用烤肉串刺穿氣球而不會將其戳破。你認為為什麼烤肉串可以在這些地方進入氣球而不會戳破它？
附加： 此活動比較了冰冷和室溫的氣球。在比較中新增一個加熱的氣球。你可以在溫水浴中加熱氣球。
附加： 將兩個新的氣球充氣到相同的大小。小心地將它們打結，以免空氣逸出。將一個氣球放在冰箱、冰櫃或寒冷的戶外冷卻，並將另一個氣球保持在室溫下。大約一個小時後，比較這兩個氣球。它們有什麼不同？為什麼會發生這種情況？
觀察和結果
與室溫下的氣球相比，冷氣球是否需要更多的力才能吹起？當你戳破氣球被拉伸得很緊的位置時，你的氣球是否爆了？
冷材料中的粒子移動和擺動的幅度較小，並且可以更容易地相互抓住。因此，冷氣球比溫氣球更抗拒拉伸。你認為這需要更用力才能吹起冷氣球。你可能已經注意到，當氣球變熱時，這種阻力就會消失。
你是否觀察到，只吹了幾口氣吹脹的氣球在空氣排出時會恢復到原來的形狀和大小，但是完全吹脹的氣球並沒有完全恢復到原來的大小？這對於彈性材料來說是典型的。如果你向氣球中吹入更多的空氣，它最終會破裂。
當你試圖透過戳一個緊繃的氣球部分來戳破它時，它可能會破裂。想想一個拉伸的橡皮筋。當你把它從中間剪開時，兩端會彈回。類似地，緊繃表面上的一個小孔使部分表面彈回，將周圍的材料拉回。這種拉力撕開了氣球的表面。氣球中的空氣衝出來，產生衝擊波，你聽到的是一聲巨響。
當你使用鋒利的物體在材料仍然可以拉伸的地方（例如靠近結或頂部）進行戳刺時，你可以刺穿氣球而不會將其損壞。當穿刺孔周圍的材料沒有拉伸時，它不會拉動產生的孔，因此不會將其撕開。（此外，你塗在烤肉串上的油膩潤唇膏有助於密封孔。）
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