关键概念
物理学
材料科学
工程学
张力
压缩
引言
你有没有帮着煮过一锅意面？意面条很长，所以有时人们会把它们掰成两半，这样更容易放进锅里。意面到底是怎么断裂的？这和科学有什么关系？事实证明，工程师和材料科学家会研究材料在弯曲时如何断裂。虽然专业工程师可能更关心桥梁中的钢梁，但你可以在厨房里用意面做一个有趣的实验！
背景
当你弯曲一根意面（或其他物品）时会发生什么？当你弯曲一种材料时，会发生两件事：一部分会受到张力，意味着它们正在被拉开。另一部分会受到压缩，或被挤压在一起。某些材料在张力或压缩下更容易断裂，因此工程师和材料科学家研究材料如何断裂非常重要。更好地理解这些细节可以让他们建造不会断裂的结构。桥梁就是一个很好的例子——当汽车驶过桥梁时，它们的重量向下压，导致桥梁稍微弯曲。这使得桥梁中的材料同时受到张力和压缩。工程师必须设计桥梁以确保它能够承受这些力。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
在这个项目中，你将用捆绑在一起的意面条制作一个“梁”。当你往上面挂重物时，梁将开始弯曲——使一些面条处于张力状态，一些处于压缩状态。哪些面条先断裂取决于意面的物理特性。你认为意面会先在张力还是压缩下断裂？尝试这个项目来找出答案！
材料
一盒意面
两个等高的物体，如椅子、桌子或大型纸板箱
剪刀（以及成人使用时的帮助）
绳子
回形针
大型塑料杯或纸杯
用作砝码的物体（如硬币）
橡皮筋或胶带
推荐：安全护目镜（保护您的眼睛免受断裂的意面碎片飞溅）
准备
将两个等高的椅子、桌子或纸板箱并排摆放，它们之间留有间隙，间隙比一根意面的长度略短几厘米。
让成年人帮忙在你的塑料杯或纸杯顶部，边缘下方，在彼此相对的两侧剪两个小孔。
在你的杯子上的两个孔中系上一个绳环，形成一个“把手”（将杯子变成一个小桶）。
将回形针弯成“C”形或“S”形钩子。这将使你可以将绳把手挂在意大利面上。
步骤
将一根意面横放在椅子（或桌子、盒子等）之间的空隙上。
使用你制作的回形针钩子将杯子挂在意面上。
慢慢地开始往杯子里添加重量（例如硬币）。你认为在意大利面断裂之前，杯子能承受多少重量？
继续缓慢地增加重量。如果你使用的是硬币等重物，当你放入硬币时，用手支撑住杯子，然后轻轻地放下杯子，直到绳子拉动意面。（不要只是将硬币掉落或扔入无支撑的杯子中，因为这可能会导致意面更容易断裂。）
持续添加重量直到意大利面断裂。（如果它弯曲并掉落到空隙中而没有断裂，请将你的椅子靠得更近，然后重试。）
现在，将五根意面捆在一起。通过用橡皮筋或胶带缠绕它们的末端以将它们固定在一起。你认为捆扎好的意大利面条能承受多少重量？它会大约是单根面条能承受的重量的五倍吗，还是更多或更少？
将捆扎好的意面横放在空隙上，然后重复重量测试。记住要缓慢地增加重量。观察和聆听你添加重量时会发生什么。你是否可以在整个捆扎断裂之前看到或听到任何单独的意面条断裂？第一根断裂的意面是在捆扎的顶部还是底部？
用10根意面（或者更多，如果你有一个大杯子和很多硬币）再试一次测试。
仔细观察断裂的意面条的位置。第一根断裂的意面条是在捆扎的顶部还是底部？你认为这些是在张力下还是压缩下？
额外：你如何捆绑意面条会影响它们能承受多少重量吗？如果你用绳子松散地将它们绑在一起（刚好足以将它们固定在一起），而不是用橡皮筋或胶带紧紧地包裹它们，会发生什么？
额外：继续用更大的意面束进行测试。你可能需要使用更大的容器（例如桶而不是塑料杯）来打破更大的束。你也可以使用水作为重量进行此活动，只需确保设置在室外或可以轻松清理溢出的地方。
[中断]
观察和结果
你应该会发现，捆扎底部的意面条开始先断裂。这些是处于张力（被拉开）下的面条。干意大利面是脆性的，这意味着它往往会非常快速地断裂，而不是永久弯曲（与可延展材料（如粘土）相反，粘土可以拉伸很多并且会在断裂前改变形状）。因此，当一根意面断裂时，所有其他面条可能会紧随其后。工程师希望避免在桥梁等结构中发生这种脆性失效。还有许多其他因素也影响桥梁设计，以确保它们安全且能够站立——即使在重载下也是如此。
更多探索 桥梁如何工作，来自 How Stuff Works
数量的力量？，来自科学伙伴
感受悬索桥的力量，来自《大众科学》 纸桥，来自《大众科学》 冰棒棍桁架：什么形状最强？，来自《大众科学》
此活动与科学伙伴合作推出
