A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre. A gumiszál különböző sebességgel való megnyújtását, majd visszaengedését a legötletesebben úgy hozhatjuk létre, hogy a gumiszálra egy testet erősítünk, és azt rezgésbe hozzuk. A rezgés amlpitudójának, illetve a test tömegének változásával befolyásolhatjuk a gumiszál deformációjának sebességet. A rezgés csillapodásának erősségéből következtethetünk az adott folyamatban a gumiszálra jellemző hatásfok értékére. Kabay Réka (Monor, József A. Gimn., III. o. t.) ezen elv alapján végezte mérését; a gumiszálra erősített tömegű rezgő test maximális sebességét egy fénykapun keresztül számítógép segítségével mérte (ábra). (A rezgő test az egyensúlyi helyzeten áthaladva minden félperiódusban megszakítja a fénykapu jelét. Egy megszakítás időtartama fordítottan arányos a test pillanatnyi sebességével, így a megszakítási időtartamokat mérve kiszámolhatjuk az egyes félperiódusokban az egyensúlyi helyzeten való áthaladás sebességét.) Két egymást követő , ill. sebességértékből megkaphatjuk a vizsgált félperiódusban a gumiszál hatásfokát: . Ez a hatásfok jellemzi az adott amplitudójú, sebességű deformációt.
Kabay Réka egy dkg tömegű test segítségével egy 5 mm és egy 7 mm széles gumiszálon végzett méréseket. A rezgés csillapodása során folyamatosan mérte az egyensúlyi helyzeten való áthaladás sebességét, és meghatározta a szomszédos adatokhoz tartozó áltagsebességet, ill. hatásfokot. Mérési eredményeit a grafikon mutatja. Látható, hogy az adatok nagymértékben szórnak, nehéz pontos összefüggést találni a sebesség és a hatásfok között. (Különbözhet a páratlan és páros félperiódusokhoz tartozó hatásfok, hiszen az egyik esetben a gumiszál először összehúzódik, és azután nyúlik meg, míg a másik esetben fordított sorrendben megy végbe a deformáció. Jelentősen függhet a hatásfok a szál maximális megnyúlásától, a rezgés amplitudójától; ezt a paramétert esetünkben a rezgő test tömegének változtatásával lehetett volna a sebességtől függetlenül változtatni.)
A gumiszál nagy rugalmassága a szálat felépítő molekulák szerkezetével magyarázható. A gumi hosszú, rendezetlenül, gombolyagszerűen elhelyezkedő láncmolekulákból (poliizoprén molekulákból) áll, amelyeket kénhidak kapcsolnak össze. Nyújtáskor a láncmolekulák kénhidak közé eső szakaszai kiegyenesednek. Ez a változás reverzibilis, az erő megszüntekor a molekulák ismét felgombolyodnak és a gumiszál visszanyeri eredeti hosszát. Erős deformáció vagy tartós terhelés hatására azonban a gombolyagszerű molekulák közötti kénhidak felszakadhatnak és a gumi maradandó alakváltozást szenved. Utóbbi esetben a gumi ,,folyásáról'' beszélünk. A gumi igen érzékenyen reagál a hőmérsékletváltozásra; hirtelen nyújtás hatására fölmelegszik, míg melegítéskor összehúzódik. Major Zsuzsanna (Stuttgart, Friedrich-Eugens Gymn., II. o. t.) igen érdekes vizsgálatot végzett; azt tanulámányozta, hogy egy adott hosszúságra megfeszített gumiszálban hogyan változik időben a rugalmas erő. Azt tapasztalta, hogy a rugalmas erő a megnyúlás pillanatában a legnagyobb, majd exponenciális jelleggel csökken egy állandó értékre. Mérései szerint körülbelül két perc alatt áll be ez az érték. |