Door Grahame Turner Bijgewerkt op 24 maart 2022

anopdesignstock/iStock/Getty Images

Het merkwaardige gedrag van rubber

Veel natuurlijke materialen zetten uit bij verhitting en krimpen bij afkoeling, maar een elastiekje doet het tegenovergestelde. Als je er een föhn op blaast, wordt de band korter, en als je hem in de vriezer legt, rekt hij uit.

Moleculaire beweging in polymeren

Rubber is een verknoopt polymeer waarvan de ketens als een bolletje garen met elkaar verstrengeld zijn. In vaste toestand zijn de kettingen in een willekeurige spoelconfiguratie aan elkaar vastgeklemd. Temperatuur verandert de kinetische energie van de kettingen:warmte verhoogt hun trilling, terwijl kou deze vertraagt.

Elastisch herstel bij kamertemperatuur

Bij omgevingsomstandigheden zijn de verstrengelde ketens bestand tegen verlenging. Wanneer je aan een elastiekje trekt, worden de kettingen rechtgetrokken, waardoor elastische energie wordt opgeslagen. Wanneer je hem loslaat, vallen de kettingen terug in hun opgerolde toestand en springt de band terug naar zijn oorspronkelijke lengte.

Door warmte veroorzaakte contractie

Door de band te verwarmen, wordt de spoelstructuur "afgewikkeld". Door de grotere beweging kunnen de kettingen lineairer worden uitgelijnd, waardoor het volume dat ze in beslag nemen wordt verminderd. Als gevolg hiervan krimpt de band, ook al bewegen de individuele polymeermoleculen nog steeds sneller. Dit contra-intuïtieve effect is goed gedocumenteerd in onderzoek naar de polymeerfysica.

Door kou veroorzaakte expansie

Koeling keert het proces om. De kettingen worden stijver en worden in een strakkere, efficiëntere verpakkingsopstelling gedwongen. De band wordt daardoor iets langer en elastischer, waardoor het makkelijker is om uit te rekken.

Samenvattend komt de schijnbare tegenstelling tussen het gedrag van rubber en dat van de meeste materialen voort uit de unieke, verstrengelde structuur van de polymeerketens en de manier waarop temperatuur hun beweging verandert.