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橡皮筋为什么能被拉长?

admin admin 发表于2025-12-17 10:15:07 浏览4 评论0

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橡皮筋(天然橡胶制成)的超强弹性,源于其高分子链独特的卷曲结构与熵弹性原理。天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯,这是一种由数千个原子首尾相连形成的长链分子。在自然状态下,这些分子链并非整齐排列,而是像一堆散乱堆放的煮熟意大利面,高度卷曲、纠缠,处于一种熵值较高(较为无序)的状态。

当你拉伸橡皮筋时,外力迫使这些分子链沿着拉伸方向舒展、拉直,分子链的构象从无序变为有序,这是一个熵减的过程。根据热力学定律,系统有自发回归高熵(无序)状态的趋势。因此,一旦松开外力,分子链在热运动驱动下,会迅速蜷缩、回弹到原来混乱、卷曲的状态,宏观上就表现为橡皮筋恢复原长。
与弹簧的弹性(源于原子间距离改变导致的势能变化)不同,橡胶的弹性主要源于熵的变化,因此被称为“熵弹性”。有趣的是,加热会使分子热运动更剧烈,从而增强其回弹趋势,所以温度越高,橡皮筋回缩力越强(在一定范围内)。这个原理也适用于许多合成弹性体,是制造轮胎、密封圈、运动器材的重要基础。