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Warum wird ein Gummiband wieder kürzer?

Du ziehst ein Gummiband vorsichtig länger. Lässt der Zug nach, wird es wieder kürzer. Was passiert dabei im Material?

Ein lockeres und ein leicht gedehntes Gummiband
Ein lockeres und ein leicht gedehntes Gummiband · KI-generiertes Illustrationsbild
✦ Die kurze Antwort

Gummi enthält sehr lange, bewegliche Molekülketten. Beim Ziehen werden die geknäuelten Ketten stärker ausgerichtet. Lässt der Zug nach, nehmen sie durch ihre ständige Wärmebewegung wieder viele gewundene Formen an. Verbindungen zwischen den Ketten helfen dem Gummiband, seine Form zu behalten.

Das Titelbild ist eine Illustration. Die Grafiken sind stark vereinfachte Modelle: Farbige Linien stehen für Molekülketten, rote Brücken für Verbindungen zwischen ihnen. Es sind keine Mikroskopaufnahmen.

Lange Ketten auf kleinem Raum

Ein Polymer ist ein sehr großes Molekül aus vielen aneinanderhängenden Bausteinen. In Gummi sind solche Ketten biegsam. Ein lockeres Band enthält keine ordentlich geraden Fäden: Die Ketten verlaufen gewunden und bewegen sich ständig. Sie ruhen also auch dann nicht, wenn das Band still auf dem Tisch liegt.

Stark vereinfachtes Netzmodell. Die Linien zeigen bewegliche Ketten, die roten Brücken Verbindungen zwischen ihnen. Abstände, Formen und Anzahl sind nur symbolisch.
Stark vereinfachtes Netzmodell. Die Linien zeigen bewegliche Ketten, die roten Brücken Verbindungen zwischen ihnen. Abstände, Formen und Anzahl sind nur symbolisch.

Ziehen verändert vor allem die Form

Ziehst du das Band mäßig auseinander, richten sich die Ketten stärker in Zugrichtung aus. Viele Windungen werden weiter geöffnet. Die große Dehnung entsteht vor allem durch diese Formänderung der Ketten. Dafür müssen die chemischen Bindungen entlang der Kette nicht einfach entsprechend lang auseinandergezogen werden.

Links sind verschiedene mögliche Formen eines Kettenabschnitts gezeigt, keine vier festliegenden Ketten. Die Auswahl ist symbolisch. Wärmebewegung und die Vielzahl gewundener Anordnungen tragen zur Rückkehr bei.
Links sind verschiedene mögliche Formen eines Kettenabschnitts gezeigt, keine vier festliegenden Ketten. Die Auswahl ist symbolisch. Wärmebewegung und die Vielzahl gewundener Anordnungen tragen zur Rückkehr bei.

Viele gewundene Formen sind möglich

Eine stark ausgerichtete Kette hat weniger mögliche Anordnungen als eine locker gewundene. Ohne äußeren Zug führt die Wärmebewegung die Ketten wieder durch die vielen möglichen gewundenen Formen. Das trägt dazu bei, dass das Band kürzer wird. In der Physik beschreibt man diesen wichtigen Teil der Gummielastizität mit Entropie: Hier geht es darum, wie viele Anordnungen möglich sind.

Kleine Brücken halten das Netz zusammen

In einem typischen Gummiband sind Ketten an manchen Stellen miteinander verbunden. Solche Vernetzungen verhindern, dass die Ketten einfach dauerhaft aneinander vorbeigleiten. Bewegliche Ketten und diese Verbindungen wirken zusammen. Das Modell erklärt eine vorsichtige Dehnung; es bedeutet nicht, dass man jedes Band beliebig weit ziehen kann. Zu starkes Ziehen kann es beschädigen oder zerreißen.

↗ Probier es aus

Locker, etwas länger, wieder locker

  1. Lege mit einem Erwachsenen ein unbeschädigtes Gummiband flach neben ein Lineal. Notiere seine ungefähre Länge, ohne daran zu ziehen. Eine genaue Messung ist nicht nötig.
  2. Halte es tief über dem Tisch und ziehe es nur ein kleines Stück länger, ohne Kraftaufwand. Vergleiche seine Länge mit vorher. Halte dabei beide Seiten fest.
  3. Führe deine Hände langsam wieder zusammen, bis kein Zug mehr auf dem Band liegt. Lege es ab und vergleiche die Länge. Zeichne dazu die Ketten einmal stärker ausgerichtet und einmal gewunden: Die Moleküle selbst kannst du mit dem Auge nicht sehen.

Nur mit einem Erwachsenen und einem intakten Band beobachten. Nicht schnipsen, nicht aufs Gesicht richten und nicht um Körperteile wickeln. Nicht stark dehnen oder erwärmen. Bei bekannter Gummi- oder Latexallergie nur die Bilder betrachten.

Zum Mitnehmen

Beim mäßigen Dehnen ändern lange Molekülketten vor allem ihre Anordnung. Wärmebewegung ermöglicht die Rückkehr zu gewundenen Formen; Vernetzungen halten die Ketten zusammen.

Eine kleine Frage an dich

Was hilft einem vorsichtig gedehnten Gummiband, wieder kürzer zu werden?

Quellen & Weiterlesen

OpenStax · Organic Chemistry 31.7: Polymer Structure and Physical Properties ↗Pennsylvania State University · MATSE 202: Skeletal Structure ↗University of Washington · Department of Chemistry: Entropy of a Rubber Band ↗University of Lethbridge · Marc R. Roussel: Rubber elasticity (PDF, pp. 1–3) ↗

Unsere Texte erklären die Grundidee in eigenen Worten. Bilder und Modelle vereinfachen die Wirklichkeit; sie sind nicht maßstabsgetreu.

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